KR20180121648A - Apparatus and system for associated swing adsorption process - Google Patents

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로버트 에프. 탐메러
브루스 티. 켈리
세바스티안 치알보
아난다 케이. 나가버라푸
윌리엄 바니스
트레이시 에이. 파울러
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엑손모빌 업스트림 리서치 캄파니
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Abstract

스윙 흡착 공정을 수행하기 위한 장치 및 시스템이 제공된다. 이러한 스윙 흡착 공정은 스트림으로부터 물과 같은 오염물들을 제거하기 위해 흡착제 베드 유닛을 통해 스트림을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 공정의 일부로서, 흡착제 베드 유닛은 밸브, 도관 및 매니폴드 중 하나 이상을 제거하지 않고도 흡착제 베드 유닛 내의 흡착제 물질에 접근성을 제공할 수 있다. An apparatus and system for performing a swing adsorption process are provided. This swing adsorption process may include passing the stream through the adsorbent bed unit to remove contaminants such as water from the stream. As part of the process, the adsorbent bed unit can provide access to adsorbent material in the adsorbent bed unit without removing one or more of the valves, conduits, and manifolds.

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Description

관련 스윙 흡착 공정을 위한 장치 및 시스템Apparatus and system for associated swing adsorption process

관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related application

본원은 2016 년 3 월 18 일자로 출원되고 발명의 명칭이 "관련 스윙 흡착 공정을 위한 시스템 및 장치 "인 미국 특허 가출원 제 62/310,289 호의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에 참고로 합체되어 있다. This application claims priority from U.S. Provisional Patent Application No. 62 / 310,289, filed March 18, 2016, entitled " System and Apparatus for Associated Swing Adsorption Process ", the entire contents of which are incorporated herein by reference have.

분야Field

본 기술은 개선된 스윙 흡착 공정과 관련된 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 시스템은 흡착제 베드 유닛을 사용하여 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하기 위한 스윙 흡착 공정에 관한 것이다. The present technology relates to systems and methods related to an improved swing adsorption process. In particular, the system is directed to a swing adsorption process for removing contaminants from a feed stream using an adsorbent bed unit.

가스 분리는 많은 산업 분야에서 유용하며, 공급물 스트림 중의 하나 이상의 가스 성분을 우선적으로 흡착하면서 하나 이상의 다른 가스 성분은 흡착하지 않는, 흡착제 물질 위에 가스 혼합물을 유동시킴으로써 전형적으로 달성될 수 있다. 비흡착 성분은 별도의 생성물로 회수된다. 흡착에 의한 가스 성분의 분리는 다양한 접근법으로 수행되는 통상적인 기술이다. 예를 들어, 흡착 분리는 다양한 가스 성분의 평형 친화성(equilibrium affinities)(예: 평형 분리)의 차이 또는 가스 성분의 흡착 동력(예: 동력 분리)의 차이에 기초할 수 있다. Gas separation is useful in many industrial applications and can typically be achieved by flowing a gaseous mixture over an adsorbent material that preferentially adsorbs one or more gaseous components of the feed stream while not adsorbing one or more other gaseous components. The non-adsorbed component is recovered as a separate product. The separation of gaseous components by adsorption is a common technique carried out in various approaches. For example, adsorptive separation may be based on differences in the equilibrium affinities (eg equilibrium separation) of the various gas components or on the difference in adsorption power of the gas components (eg power separation).

가스 분리 기술의 하나의 특정 유형은 온도 스윙 흡착(TSA), 압력 스윙 흡착(PSA), 부분 압력 스윙 흡착(PPSA), 고속 순환 압력 스윙 흡착(RCPSA), 고속 순환 부분 흡착 압력 스윙 흡착(RCPPSA)과 같은 스윙 흡착이고 압력 및 온도 스윙 흡착과 같은 앞서 언급된 공정들의 조합들로 제한되지는 않는다. 예를 들어, PSA 공정은 가스 성분이 가압 중일 때 흡착제 물질의 기공 구조체 또는 자유 용적(free volume) 내에서 보다 쉽게 흡착되는 특정 가스 성분의 현상에 의존한다. 즉, 가스 압력이 높을수록 쉽게 흡착된 가스의 흡착량이 많아진다. 압력이 감소되면, 흡착된 가스 성분은 흡착제 물질로부터 방출되거나 탈착된다. One particular type of gas separation technology is the combination of temperature swing adsorption (TSA), pressure swing adsorption (PSA), partial pressure swing adsorption (PPSA), high speed circulation pressure swing adsorption (RCPSA), high speed circulation partial adsorption pressure swing adsorption (RCPPSA) And is not limited to combinations of the aforementioned processes such as pressure and temperature swing adsorption. For example, the PSA process relies on the development of specific gas components that are more easily adsorbed within the pore structure or free volume of the adsorbent material when the gas component is pressurized. That is, the higher the gas pressure, the more easily the amount of adsorbed gas is adsorbed. When the pressure is reduced, the adsorbed gas component is released or desorbed from the adsorbent material.

상이한 가스 성분이 상이한 범위로 흡착제 물질의 미세 공을 채우는 경향이 있기 때문에, 스윙 흡착 공정들(예: PSA 및 TSA)이 가스 혼합물의 가스 성분을 분리시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 천연 가스와 같은 가스 혼합물이 메탄보다 이산화탄소에 대해 보다 선택적인 흡착제 물질을 함유하는 흡착제 베드 유닛 또는 용기(vessel)로 지칭될 수 있는 흡착제 베드 유닛을 통해 가압 하에 통과되면, 이산화탄소의 적어도 일부는 흡착제 물질에 의해 선택적으로 흡착되고, 흡착제 베드 유닛을 나가는 가스는 메탄이 농축된다. 흡착제 물질이 이산화탄소를 흡착하는 용량의 한계에 도달하면, 압력을 감소시키고 그에 의해서 흡착된 이산화탄소를 방출함으로써 재생된다. 그 다음 흡착제 물질은 전형적으로 퍼지되고 재가압된다. 그 다음, 흡착제 물질은 또 다른 흡착 순환을 위해 준비된다. Since the different gas components tend to fill the micropores of the adsorbent material to different ranges, swing adsorption processes (e.g., PSA and TSA) can be used to separate the gas components of the gas mixture. For example, if a gaseous mixture, such as natural gas, is passed under pressure through an adsorbent bed unit, which can be referred to as an adsorbent bed unit or vessel containing more selective adsorbent material for carbon dioxide than methane, Some are selectively adsorbed by the adsorbent material, and the gas exiting the adsorbent bed unit is enriched in methane. When the adsorbent material reaches the limit of capacity for adsorbing carbon dioxide, it is regenerated by reducing the pressure and thereby releasing the adsorbed carbon dioxide. The adsorbent material is then typically purged and repressurized. The adsorbent material is then ready for another adsorption cycle.

스윙 흡착 공정은 전형적으로 흡착제 베드 유닛의 하우징 내에 배치된 흡착제 물질을 포함하는 흡착제 베드 유닛을 포함한다. 이들 흡착제 베드 유닛은 흡착제 베드 구조체에서 상이한 패킹 재료를 사용한다. 예를 들어, 흡착제 베드 유닛은 체커 벽돌(checker brick), 페블 베드(pebble bed) 또는 기타 사용 가능한 패킹을 사용한다. 개선으로서, 일부 흡착제 베드 유닛은 흡착제 베드 구조체 내에서 가공 패킹을 사용할 수 있다. 가공된 패킹은 벌집, 세라믹 형태 등과 같은 특정 형상으로 제공된 재료를 포함할 수 있다. 가공된 패킹은 흡착제 물질로부터 형성될 수 있거나 또는 구조체 또는 지지체 상의 코팅일 수 있다. The swing adsorption process typically includes an adsorbent bed unit comprising an adsorbent material disposed within the housing of the adsorbent bed unit. These adsorbent bed units use different packing materials in the adsorbent bed structure. For example, the adsorbent bed unit uses a checker brick, a pebble bed or other usable packing. As an improvement, some adsorbent bed units may use working packings in the adsorbent bed structure. The processed packings may include materials provided in specific shapes, such as honeycomb, ceramic form, and the like. The processed packing may be formed from the adsorbent material or it may be a coating on the structure or the support.

또한, 다양한 흡착제 베드 유닛은 도관, 매니폴드 및 밸브와 함께 연결되어 유체의 유동을 관리할 수 있다. 이들 흡착제 베드 유닛을 조율하는 것은 각각의 흡착제 베드 유닛과 시스템 내의 다른 흡착제 베드 유닛에 대한 순환을 조정하는 것을 포함한다. 완전한 순환은 하나 이상의 흡착제 베드 유닛을 통해 복수의 가스 스트림을 전달할 때 수초에서 수분으로 변할 수 있다. In addition, the various adsorbent bed units may be connected with conduits, manifolds, and valves to manage fluid flow. Tuning these adsorbent bed units involves adjusting the circulation for each adsorbent bed unit and for other adsorbent bed units in the system. A complete circulation can vary from a few seconds to a few minutes when delivering multiple gas streams through one or more adsorbent bed units.

그러나, 스윙 흡착 공정은 고속 순환 흡착 공정과 같은 여러 기술 요소로 인해 특정 과제를 제시한다. 이러한 요소는 흡착제 베드를 통한 낮은 압력 강하 유지, 흡착제 베드 내외의 양호한 유동 분배 및 흡착제 베드에서의 농도 프론트(concentration front)의 최소 분산(예: 축방향 스프레딩)을 포함할 수 있다. 또한, 다른 요소로는 고속 작동 및 낮은 사적(dead-volume) 밸브가 포함된 고속 순환 시간이 포함될 수 있다. 마지막으로, 또 다른 요소는 흡착제 베드 유닛이 특정 압력에서 흡착제 베드를 수용하도록, 고속 작동 밸브를 지지하고 흡착제 베드 유닛 내의 사적을 최소화하도록 구성되어야 한다는 것일 수 있다. However, the swing adsorption process presents specific challenges due to several technical factors such as a high-speed circulation adsorption process. These factors may include maintaining a low pressure drop through the adsorbent bed, good flow distribution within and out of the adsorbent bed, and minimal dispersion of the concentration front in the adsorbent bed (e.g., axial spreading). Other factors may include high-speed operation and high-speed circulation times with low dead-volume valves. Finally, another element may be that the adsorbent bed unit must be configured to support the high-speed actuation valve and to minimize the dead volume in the adsorbent bed unit, so as to receive the adsorbent bed at a certain pressure.

이러한 도전은 흡착제 베드 유닛의 유지보수를 위해 훨씬 더 복잡하다. 종래의 고속 순환 흡착제 베드 유닛은 사적을 최소화하기 위해 평평한 단부 플레이트(헤드)를 갖는 수직 실린더로서 구성된다. 유동은 흡착제 물질에 인접한 평평한 헤드 상에 장착된 고속 작동 밸브를 통해 흡착제 베드 유닛으로 들어가고 빠져 나간다. 헤드 상의 밸브의 위치는 흡착제 베드의 교체에 상당한 도전을 야기한다. 예를 들어, 종래의 흡착제 베드 구성에서, 흡착제 베드의 한 단부 상의 밸브는 흡착제 베드에 접근하기 위해 임의의 관련 매니폴드 및/또는 도관과 함께 제거되어야 한다. 밸브, 매니폴드 및 도관의 제거는 노동 집약적이며 시간 소모적이고 시스템의 운영 비용을 증가시킨다. 이와 같이, 유닛 내의 흡착제 베드의 교체는 문제가된다. This challenge is much more complex for maintenance of the adsorbent bed unit. Conventional high-speed circulating adsorbent bed units are configured as vertical cylinders with flat end plates (heads) to minimize the latitude. The flow enters and exits the adsorbent bed unit through a high-speed actuation valve mounted on a flat head adjacent the adsorbent material. The position of the valve on the head poses a considerable challenge to the replacement of the adsorbent bed. For example, in a conventional adsorbent bed configuration, a valve on one end of the adsorbent bed must be removed with any associated manifold and / or conduit to access the adsorbent bed. Removal of valves, manifolds and conduits is labor intensive, time consuming and increases the operating cost of the system. Thus, replacement of the adsorbent bed in the unit becomes a problem.

따라서, 흡착제 베드로의 유체의 유동을 관리하기 위한 개선을 제공하는 장치, 방법 및 시스템에 대한 업계의 요구가 여전히 남아 있다. 본 기술은 흡착제 베드 유닛 내의 흡착제 물질에 헤드를 통한 접근을 제공함으로써 종래의 스윙 흡착 접근법의 결점을 극복한다. 본 기술은 종래의 접근법 및 시스템과 비교하여 흡착제 베드 유닛에 관한 유지보수와 관련된 유지보수 정지시간을 줄이고 노동력 및 비용을 줄인다. Thus, there remains a need in the industry for an apparatus, method, and system that provides an improvement for managing the flow of fluid to the adsorbent bed. The present technology overcomes the drawbacks of the conventional swing adsorption approach by providing access through the head to adsorbent material in the adsorbent bed unit. This technique reduces maintenance downtime associated with maintenance on the adsorbent bed unit and reduces labor and costs compared to conventional approaches and systems.

일 실시예에 있어서, 본 기술은 가스 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하기 위한 순환 스윙 흡착제 베드 유닛을 기술한다. 순환 스윙 흡착제 베드 유닛은 가스 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하도록 구성될 수 있다. 상기 흡착제 베드 유닛은 내부 영역을 형성하는 하우징으로서, 제 1 헤드와 제 2 헤드 사이에 고정된 본체 부분을 포함하는, 상기 하우징; 상기 내부 영역 내에 배치된 흡착제 베드; 및 상기 하우징에 고정된 복수의 제 1 밸브들로서, 상기 복수의 제 1 밸브들 각각은 상기 하우징 외부의 위치로부터 도관을 통해 그리고 상기 흡착제 베드로 연장되는 유동 경로를 따라 유체 유동을 제어하도록 구성되며, 상기 복수의 제 1 밸브들 각각은 상기 흡착제 베드의 계면 단면 영역 외부에 배치된 밸브 단면 영역을 갖는 상기 복수의 제 1 밸브들을 포함한다. In one embodiment, the present technique describes a circulating swing adsorbent bed unit for removing contaminants from a gas feed stream. The circulating swing adsorbent bed unit may be configured to remove contaminants from the gas feed stream. The adsorbent bed unit comprising: a housing defining an interior region, the housing comprising a body portion fixed between a first head and a second head; An adsorbent bed disposed within the interior region; And a plurality of first valves fixed to the housing, wherein each of the plurality of first valves is configured to control fluid flow along a flow path extending from a location external to the housing through a conduit and into the adsorbent bed, Each of the plurality of first valves includes the plurality of first valves having a valve cross-sectional area disposed outside the interface cross-sectional area of the adsorbent bed.

다른 실시예에 있어서, 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하는 공정이 기술된다. 상기 공정은: a) 흡착제 베드 유닛에서 하나 이상의 흡착 단계를 수행하는 단계로서, 상기 하나 이상의 흡착 단계 각각은: (i) 가스 공급물 스트림을 공급물 입구 도관으로부터 흡착제 베드 유닛의 하우징의 내부 영역에 배치된 흡착제 베드로 통과시키기 위해 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브를 개방시키는 단계로서, 상기 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브는 상기 공급물 입구 도관과 직접 유동 교통하고 상기 하우징 외부의 위치로부터 상기 공급물 입구 도관을 통해 그리고 상기 흡착제 베드로 연장되는 유동 경로를 따라 유체 유동을 제어하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브는 상기 흡착제 베드의 계면 단면 영역의 외부에 배치된 제 1 밸브 단면 영역을 갖는, 상기 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브를 개방시키는 단계, (ⅱ) 하나 이상의 오염물을 상기 가스 스트림으로부터 분리시켜 생성물 스트림을 형성하기 위해서 상기 가스 스트림을 상기 흡착제 베드에 노출시키는 단계, 및 (iii) 상기 하우징 내의 내부 영역으로부터 생성물 도관으로 상기 생성물 스트림을 멀리 안내하기 위해 하나 이상의 생성물 포핏 밸브를 개방시키는 단계를 포함하는, 상기 흡착제 베드 유닛에서 하나 이상의 흡착 단계를 수행하는 단계; b) 하나 이상의 퍼지 단계를 수행하는 단계로서, 상기 하나 이상의 퍼지 단계 각각은 퍼지 출력 스트림에서 하나 이상의 오염물의 적어도 일부를 멀리 안내하기 위해 퍼지 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 퍼지 출력 스트림은 적어도 하나의 제 2 포핏 밸브를 통과하고, 적어도 하나의 제 2 포핏 밸브는 상기 흡착제 베드의 계면 단면 영역 외부에 배치된 제 2 밸브 단면 영역을 갖는, 상기 하나 이상의 퍼지 단계를 수행하는 단계; 그리고 c) 순환 지속 시간이 1초 초과 600초 미만인 기간에 대해서 적어도 하나의 추가 순환 동안 상기 단계 a) 내지 b)를 반복하는 단계를 포함한다. 상기 공정은 순환을 중단시키는 단계; 상기 내부 영역에 대한 개방부를 노출시키기 위해 상기 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브 및 상기 적어도 하나의 제 2 포핏 밸브 근처의 상기 흡착제 베드 유닛으로부터 헤드를 제거하는 단계; 및 상기 내부 영역으로부터 상기 흡착제 베드를 제거하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브 및 상기 적어도 하나의 제 2 포핏 밸브는 상기 흡착제 베드 유닛에 결합된다. 상기 공정은 제 2 흡착제 베드를 내부 영역에 배치하는 단계; 상기 헤드를 상기 흡착제 베드 유닛에 고정시키는 단계; 상기 공정에 대한 순환을 재개하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 공정은 열 팽창 링으로 상기 내부 영역 내에서 흡착제 베드 유닛을 안내하는 단계를 포함할 수 있다. In another embodiment, a process for removing contaminants from a feed stream is described. A) performing at least one adsorption step in an adsorbent bed unit, wherein each of the at least one adsorption step comprises the steps of: (i) introducing a gas feed stream from the feed inlet conduit into the interior region of the housing of the adsorbent bed unit Opening at least one first poppet valve to pass through an adsorbent bed disposed thereon, said at least one first poppet valve being in direct fluid communication with the feed inlet conduit and communicating with the feed inlet conduit from a location external to the housing, Wherein the at least one first poppet valve has a first valve cross-sectional area disposed outside the interface cross-sectional area of the adsorbent bed, and wherein the at least one first poppet valve has a first valve cross- Opening at least one first poppet valve; (ii) Exposing the gas stream to the adsorbent bed to separate the gas stream from the gas stream to form a product stream; and (iii) exposing the product stream to the product conduit from the interior region within the housing, The method comprising: performing at least one adsorption step in the adsorbent bed unit, b) performing at least one purge step, each of the at least one purge step comprising passing a purge stream to the adsorbent bed unit to guide at least a portion of one or more contaminants in the purge output stream; Wherein the purge output stream passes through at least one second poppet valve and at least one second poppet valve has a second valve cross-sectional area disposed outside the interface cross-sectional area of the adsorbent bed step; And c) repeating steps a) to b) during at least one additional cycle for periods in which the cycle duration is greater than 1 second but less than 600 seconds. The process comprising: stopping the circulation; Removing the head from the adsorbent bed unit near the at least one first poppet valve and the at least one second poppet valve to expose an opening to the interior region; And removing the adsorbent bed from the inner region, wherein the at least one first poppet valve and the at least one second poppet valve are coupled to the adsorbent bed unit. The process comprising: disposing a second adsorbent bed in an interior region; Fixing the head to the adsorbent bed unit; And resuming the circulation for the process. The process may also include directing the adsorbent bed unit within the interior region with a thermal expansion ring.

본 개시의 상술한 장점 및 다른 이점은 실시예의 비제한적인 예에 대한 다음의 상세한 설명 및 도면을 검토할 때 명확해질 수 있다.
도 1은 6개의 종래의 흡착제 베드 유닛 및 상호 연결 파이프를 갖는 스윙 흡착 시스템의 3 차원 다이애그램이다.
도 2는 종래의 흡착제 베드 유닛의 일부의 개략도이다.
도 3은 흡착제 베드의 각각의 단부에서 초과 사적의 해로운 영향의 차이를 나타내는 차트이다.
도 4a 및 도 4b는 본 기술의 대안 실시예에 따른 관련 밸브 조립체를 갖는 흡착제 베드 유닛의 일부분의 다이애그램이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 기술의 대안 실시예에 따른 관련 밸브 조립체를 갖는 흡착제 베드 유닛의 일부의 추가 다이애그램이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d 및 도 6e는 본 기술의 일 실시예에 따른 다양한 구조 요소를 갖는 도관을 제공한다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d, 도 7e 및 도 7f는 본 기술의 일 실시예에 따른 예시적인 흡착제 베드 유닛의 다이애그램이다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 기술의 일 실시예에 따른 흡착제 베드 유닛 및 관련 열 팽창 링의 일부의 다이애그램이다.
도 9a, 도 9b, 도 9c, 도 9d 및 도 9e는 본 기술의 일 실시예에 따른 캐치 기구의 다이애그램이다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 본 기술의 일 실시예에 따른 4개의 흡착제 베드 유닛 및 상호 연결 파이프를 갖는 스윙 흡착 시스템의 3 차원 다이애그램이다.
도 11a, 도 11b, 도 11c, 도 11d, 도 11e 및 도 11f는 본 기술의 일 실시예에 따른 대안 흡착제 베드 구성의 다이애그램이다.
도 12는 본 기술의 일 실시예에 따른 음향 감쇠 시스템에 배치된 흡착제 베드 유닛의 3 차원 다이애그램이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The foregoing and other advantages of the present disclosure will become apparent upon review of the following detailed description and drawings of non-limiting examples of embodiments.
Figure 1 is a three dimensional diagram of a swing adsorption system having six conventional adsorbent bed units and interconnecting pipes.
2 is a schematic view of a portion of a conventional adsorbent bed unit;
3 is a chart showing the difference in the deleterious effects of excess historical at each end of the adsorbent bed.
Figures 4A and 4B are Diagrams of a portion of an adsorbent bed unit having an associated valve assembly in accordance with an alternative embodiment of the present technique.
Figures 5A, 5B, 5C and 5D are additional diagrams of a portion of an adsorbent bed unit having an associated valve assembly in accordance with an alternative embodiment of the present technique.
Figures 6A, 6B, 6C, 6D, and 6E provide a conduit having various structural elements in accordance with one embodiment of the present technique.
Figures 7A, 7B, 7C, 7D, 7E and 7F are Diagrams of exemplary adsorbent bed units according to one embodiment of the present technology.
Figures 8A, 8B and 8C are Diagrams of a portion of an adsorbent bed unit and associated heat expansion ring in accordance with one embodiment of the present technology.
Figures 9A, 9B, 9C, 9D and 9E are Diagrams of the catch mechanism according to one embodiment of the present technique.
10A, 10B, and 10C are three dimensional diagrams of a swing adsorption system having four adsorbent bed units and interconnecting pipes in accordance with one embodiment of the present technology.
11A, 11B, 11C, 11D, 11E and 11F are Diagrams of alternative adsorbent bed configurations according to one embodiment of the present technique.
Figure 12 is a three dimensional diagram of an adsorbent bed unit disposed in an acoustic damping system according to one embodiment of the present technology.

달리 설명하지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자들에게는 공통으로 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 단일 용어들인 관사(a, an 및 the)는 그 내용이 명확하게 달리 명기하지 않는 한 복수의 지시 대상들을 포함한다. 마찬가지로, 용어 "또는"은 그 내용이 명확하게 달리 명기하지 않는 한 "및 "을 포함하도록 의도된다. 용어 "포함하는"은 "구비하는"을 의미한다. 본원에 언급된 모든 특허 및 공보들은 달리 지시하지 않는한 참고를 위해 그 전체가 본원에 통합된다. 용어나 구문의 의미와 상충되는 경우, 용어들의 설명을 포함하는 본 명세서는 조절된다. 본원에서 "상부 ", "하부 ", "상단 ", "저부 ", "전방 ", "후방 ", "수직" 및 "수평 "과 같은 방향성 용어들은 다양한 요소들 사이의 관계를 표시하고 명료화하기 위해 사용된다. 이와 같은 용어들은 절대적인 배향을 의미하지 않는다는 사실을 이해해야 한다(예: "수직" 성분은 장치를 회전시킴으로써 수평으로 될 수 있다). 본원에 인용된 재료들, 공정들 및 예들은 오직 설명을 위한 것이며 제한을 목적으로 의도되지 않는다. Unless otherwise stated, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The singular terms articles (a, an, and the) include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. Likewise, the term "or" is intended to include "and" unless the content clearly dictates otherwise. The term "comprising" means "comprising ". All patents and publications mentioned herein are hereby incorporated by reference in their entirety for all purposes, unless otherwise indicated. Where contradictory to the meaning of a term or phrase, the present specification including an explanation of terms is adjusted. Directional terms such as "upper," "lower," "upper," "lower," "forward," "rearward," "vertical," and "horizontal" Is used. It should be understood that these terms do not imply absolute orientation (eg, the "vertical" component can be horizontal by rotating the device). The materials, processes, and examples cited herein are for purposes of illustration only and are not intended as limitations.

본원에 사용된 바와 같은, "스트림"은 다양한 장비를 통해 안내되는 유체(예: 고체, 액체 및/또는 가스)와 관련된다. 상기 장비는 도관, 용기, 매니폴드, 유닛 또는 기타 적합한 장치를 포함할 수 있다. As used herein, a "stream" refers to a fluid (e.g., solid, liquid and / or gas) that is guided through a variety of equipment. The equipment may include a conduit, a vessel, a manifold, a unit or other suitable device.

본원에 사용된 바와 같은 "도관"은 임의의 것이 운반되는 채널을 형성하는 관형 부재와 관련된다. 이와 같은 도관은 하나 이상의 파이프, 매니폴드, 튜브 등을 포함할 수 있다. As used herein, "conduit" refers to a tubular member that forms a channel through which anything is conveyed. Such conduits may include one or more pipes, manifolds, tubes, and the like.

"직접 유동 교통" 또는 "직접 유체 교통"이란 용어는 중간에 밸브 또는 유동을 방해하기 위한 기타 폐쇄 수단없이 직접적인 유동 교통을 의미한다. 그러나, "직접 유동 교통"이라는 용어는 유동 경로를 따라 유동을 분배하기 위한 분배기 또는 다른 분배 기구를 포함할 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 다른 변형도 본 기술의 범위 내에서 고려될 수 있다.  The term "direct flow traffic" or "direct fluid traffic" refers to direct flow traffic without intermediary valves or other closing means to impede flow. However, the term "direct flow traffic" may include a distributor or other dispensing mechanism for distributing the flow along the flow path. As can be appreciated, other variations may be considered within the scope of the present technology.

용어 "계면 단면 영역"은 스트림이 흡착제 베드에 진입하거나 흡착제 베드를 빠져 나가는 흡착제 베드의 단부의 단면 영역을 의미한다. 예를 들어, 공급물 스트림이 제 1 단부의 흡착제 베드에 진입하면, 제 1 단부의 단면 영역은 계면 단면 영역이다. 이해될 수 있는 바와 같이, 다른 변형도 본 기술의 범위 내에서 고려될 수 있다. The term "interfacial cross-sectional area" refers to the cross-sectional area of the end of the adsorbent bed in which the stream enters the adsorbent bed or exits the bed of adsorbent. For example, when the feed stream enters the adsorbent bed at the first end, the cross-sectional area of the first end is the interface cross-sectional area. As can be appreciated, other variations may be considered within the scope of the present technology.

용어 "밸브 단면 영역"은 스트림이 밸브에 들어가거나 나오는 밸브의 단부에 대한 밸브의 단면 영역을 의미한다. 예를 들어, 밸브 개방부는 밸브 단면 영역일 수 있다. 특히, 포핏 밸브의 경우, 디스크 요소가 개방 위치에 있을 때 디스크 요소 주변부에 유동 통로를 제공하도록 디스크 요소가 이동한다. 따라서, 밸브 시트로부터의 디스크 요소의 이동에 의해 형성된 밸브 개방부는 디스크 요소의 단면 영역일 수 있는 포핏 밸브의 밸브 단면 영역을 결정하는데 사용된다. 이해될 수 있는 바와 같이, 다른 변형도 본 기술의 범위 내에서 고려될 수 있다. The term "valve cross-sectional area" means the cross-sectional area of the valve relative to the end of the valve in which the stream enters or leaves the valve. For example, the valve opening may be a valve cross-sectional area. In particular, in the case of a poppet valve, the disk element moves to provide a flow path around the disk element when the disk element is in the open position. Thus, the valve opening formed by the movement of the disk element from the valve seat is used to determine the valve cross-sectional area of the poppet valve, which can be the cross-sectional area of the disk element. As can be appreciated, other variations may be considered within the scope of the present technology.

용어 "적어도 부분적으로 계면 단면 영역 내에 배치된 밸브 단면 영역"은 주요 유동 경로를 따라 흡착제 베드를 직접 통과하는 축을 따라 보았을 때 밸브 단면 영역이 적어도 부분적으로 계면 단면 영역의 내부에 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 흡착제 베드는 유동이 흡착제 베드에 진입하거나 흡착제 베드를 나가는 일 단부에 계면을 갖는다. 계면은 길이와 폭을 가지며, 깊이는 흡착제 베드를 통과하여 주요 유동 경로를 따라 스트림이 흐르는 방향이다. The term "valve cross-sectional area disposed at least partially within the interface cross-sectional area" means that the valve cross-sectional area is at least partially within the interface cross-sectional area when viewed along an axis passing directly through the adsorbent bed along the main flow path. For example, the adsorbent bed has an interface at one end where the flow enters the adsorbent bed or exits the adsorbent bed. The interface has a length and width, and the depth is the direction through which the stream flows along the main flow path through the adsorbent bed.

"계면 단면 영역 외부에 배치된 밸브 단면 영역"이라는 용어는 주요 유동 경로를 따라 흡착제 베드를 직접 통과하는 축을 따라 볼 때 밸브 단면 영역이 계면 단면 영역을 지나서 또는 외부에 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 흡착제 베드는 유동이 흡착제 베드에 진입하거나 흡착제 베드를 빠져 나가는 일 단부에 계면을 갖는다. 계면은 길이 및 폭을 가지며, 깊이는 흡착제 베드를 통과하는 주요 유동 경로를 따라 스트림이 흐르는 방향이다.  The term " valve cross-sectional area disposed outside the interface cross-sectional area "means that the valve cross-sectional area is beyond or outside the interface cross-sectional area as viewed along an axis passing directly through the adsorbent bed along the main flow path. For example, the adsorbent bed has an interface at one end where the flow enters the adsorbent bed or exits the adsorbent bed. The interface has length and width, and the depth is the direction in which the stream flows along the main flow path through the adsorbent bed.

"계면 단면 영역 내에 배치된 밸브 단면 영역"이라는 용어는 주요 유동 통로를 따라 흡착제 베드를 직접 통과하는 축을 따라 볼 때 밸브 단면 영역이 계면 단면 영역 내에 또는 계단 단면 영역에 있다는 것을 의미한다. The term " valve cross-sectional area disposed in the interface cross-sectional area "means that the valve cross-sectional area is within the interface cross-sectional area or in the step cross-sectional area as viewed along an axis passing directly through the adsorbent bed along the main flow passage.

본 기술은 고속 순환된 흡착제 베드를 사용하여 공급물 스트림(예, 천연 가스)으로부터 오염물들을 제거하기 위한 스윙 흡착 공정(예: 고속 순환 공정)에 관한 것이다. 본 기술은 흡착제 베드 유닛 내의 사적과 흡착제 베드 유닛과 관련된 유지 및 작동성의 균형을 맞춘다. 많은 구성에서, 스윙 흡착 공정의 사적을 줄이기 위해 흡착제 베드 유닛의 헤드에 밸브가 배치된다. 그러나, 흡착제 물질을 주기적으로(예: 1 년에 1 회 또는 2 년마다) 교체해야 하기 때문에, 흡착제 물질에 대한 접근은 전형적으로 흡착제 물질에 접근하기 위해 밸브, 관련 도관 및 관련 매니폴드를 제거하는 것을 포함한다. 이 장비의 제거는 노동 집약적이며 시스템을 고장나게 할 수 있고 흡착제 베드 유닛의 유지보수 기간을 연장시킨다. 따라서, 본 기술은 추가의 사적으로부터 성능 문제를 감소시키기 위해 특정 구성의 흡착제 베드 유닛의 사적을 관리하면서 흡착제 물질에 필요한 접근을 수용하는 흡착제 베드 유닛을 제공한다. 이 구성에서, 헤드들 중 하나의 밸브는 계면 단면 영역(예: 단면이 흡착제 베드에 대한 계면에 의해 형성됨)을 지나서 또는 외부에 배치된 밸브 단면 영역을 갖는다. The present technique relates to a swing adsorption process (e.g., a high velocity recycle process) for removing contaminants from a feed stream (e.g., natural gas) using a high velocity recycled adsorbent bed. The technique balances the maintenance and operability associated with the adsorbent bed unit and the adsorbent bed unit. In many configurations, a valve is disposed at the head of the adsorbent bed unit to reduce the potential of the swing adsorption process. However, because the adsorbent material must be replaced periodically (e.g., once a year or every two years), access to the adsorbent material typically requires removal of the valve, associated conduits, and associated manifolds to access the adsorbent material . The removal of this equipment is labor intensive and can lead to system failure and extend the maintenance period of the adsorbent bed unit. Thus, the present technology provides an adsorbent bed unit that accommodates the access to the adsorbent material while managing the properties of the adsorbent bed unit of a particular configuration to reduce performance problems from further deposits. In this configuration, one of the heads has a valve cross-sectional area that is disposed beyond the interface cross-sectional area (e.g., the cross-section is formed by the interface with the adsorbent bed) or externally.

종래의 접근법과는 대조적으로, 본 기술은 계면 단면 영역 외부(예: 헤드 단면 영역 외부)에 밸브를 배치함으로써 흡착제 베드 유닛의 유지보수를 수용하기 위해 흡착제 물질에 접근할 수 있게 한다. 종래의 구성에서, 흡착제 베드는 계면 단면 영역을 가지며, 계면 단면 영역은 흡착제 베드에 직접 인접하게 그리고 계면 단면 영역 내에 직접 배치된 흡착제 베드와 직접 유동 교통하는 밸브를 갖는다. 본 기술에서, 헤드들 중 하나에 대한 밸브는 흡착제 베드의 계면 단면 영역 외부 및 흡착제 베드 유닛의 헤드 단면 영역 외부에 배치된다. 특히, 헤드들 중 하나에 대한 밸브는 흡착제 베드 유닛의 헤드의 외부 주변부 밖에 배치된다. 따라서, 본 기술은 흡착제 베드 유닛과 관련된 다른 장비를 제거하지 않고(예: 밸브, 도관 또는 매니폴드를 제거하지 않고) 단일 헤드를 통해 흡착제 물질에 접근할 수 있게 하고, 이는 유지보수 비용, 유지보수 시간 및 장비에 대한 손상을 감소시켜서, 사적을 허용 가능한 수준으로 관리하고, 흡착제 베드에 허용 가능한 유동 분배를 제공한다. In contrast to the conventional approach, the technique allows access to the adsorbent material to accommodate maintenance of the adsorbent bed unit by placing valves outside the interface cross-sectional area (e.g., outside the head cross-sectional area). In a conventional configuration, the adsorbent bed has an interface cross-sectional area, and the interface cross-sectional area has a valve that is in direct fluid communication with the adsorbent bed directly adjacent to the adsorbent bed and directly in the interface cross-sectional area. In the art, the valve for one of the heads is disposed outside the interface cross-sectional area of the adsorbent bed and outside the head cross-sectional area of the adsorbent bed unit. In particular, the valve for one of the heads is disposed outside the outer periphery of the head of the adsorbent bed unit. Thus, this technology allows access to adsorbent material through a single head without removing other equipment associated with the adsorbent bed unit (eg, without removing valves, conduits or manifolds) Time and equipment damage, to manage the historical site to an acceptable level, and to provide an acceptable flow distribution to the bed of adsorbent.

하나 이상의 실시예에서, 흡착제 베드 유닛은 흡착제 베드의 계면 단면 영역 내에 또는 심지어 부분적으로도 흡착제 베드의 계면 단면 영역 내에 배치되지 않은 흡착제 베드 유닛의 한 헤드에 대한 유동 밸브를 갖도록 구성되는 변형된 수직 원통형 흡착제 베드 유닛일 수 있다. 예를 들어, 한 헤드에 대한 유동 밸브는 흡착제 베드에 직접 인접한 흡착제 베드 유닛의 헤드 상에(예: 계면 단면 영역 내 또는 부분적으로) 배치될 수 있는 반면, 제 2 헤드에 대한 유동 밸브는 외부 위치에 배치(예: 계면 단면 영역 외부에 배치)되도록 구성된다. 이 구성은 흡착제 베드에 유지보수 접근을 제공한다. 외부 밸브 장착 위치는 유닛의 헤드와 일체로 형성될 수 있거나 또는 유닛 플랜지와 유닛의 헤드 사이에 위치하는 별도의 플레이트에 형성될 수 있다. 단일 밸브가 다른 위치에 배치될 수 있지만, 특정 적용의 요구 사항에 따라 다수의 밸브들이 사용될 수도 있다. 또한, 밸브는 능동 제어식 밸브 및/또는 수동 제어식 밸브일 수 있다. 수동 제어식 밸브는 이동 요소를 달리 작동시킬 필요없이 이동 요소(예: 디스크 요소)를 가로질러 작용하는 차압에 의해 개방될 수 있다. In one or more embodiments, the adsorbent bed unit comprises a modified vertical cylindrical structure configured to have a flow valve for one head of the adsorbent bed unit that is not disposed within the interface cross-sectional area of the adsorbent bed, or even partially within the interface cross- Adsorbent bed unit. For example, a flow valve for one head may be disposed (e.g., in an interfacial cross-sectional area) or on a head of an adsorbent bed unit directly adjacent to the adsorbent bed, whereas a flow valve for the second head (E.g., disposed outside the interface cross-sectional area). This configuration provides maintenance access to the adsorbent bed. The external valve mounting position may be formed integrally with the head of the unit or may be formed on a separate plate located between the unit flange and the head of the unit. Although a single valve may be placed at different locations, multiple valves may be used depending on the requirements of a particular application. The valve may also be an actively controlled valve and / or a manually controlled valve. The manually controlled valve can be opened by a differential pressure acting across a moving element (e.g. a disk element) without the need to actuate the moving element otherwise.

특정 실시예에서, 다양한 특징이 흡착제 베드 유닛을 더욱 개선시키기 위해 제공될 수 있다. 예를 들어, 열 팽창 링이 흡착제 베드와 흡착제 베드 유닛 헤드들 중 하나(예: 계면 단면 영역 내에 또는 부분적으로 배치된 밸브들을 갖는 헤드) 사이에 배치될 수 있다. 열 팽창 링은 흡착제 베드를 안내하고, 흡착제 베드 유닛 내에서 흡착제 베드를 정렬시키고, 열 팽창을 조절하고, 흡착제 베드 유닛에 삽입하는 동안 흡착제 베드를 안내하도록 구성될 수 있다. 또한, 흡착제 베드 유닛은 임시 박편 포일(debris foil)을 포함할 수도 있다. 박편 포일은 흡착제 물질(예: 흡착제 베드)의 교환 동안 흡착제 베드 유닛 내로 떨어지는 박편을 수집하기 위해 유지보수 동안 사용될 수 있고, 흡착제 베드와 단부들 중 하나 근처(예: 헤드들 중 하나 근처)의 밸브들 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 흡착제 베드가 수직 배향 구성인 경우, 박편 포일은 흡착제 베드 제거가 시작되기 전에 하부 밸브와 흡착제 베드 사이의 편향 포트 내로 삽입될 수 있다. 그 다음, 임의의 박편이 박편 포일로 떨어져서 흡착제 베드 유닛으로부터 제거될 수 있다. 흡착제 베드 유닛의 삽입 후에, 박편 포일은 제거될 수 있고, 편향 포트는 작동을 위해 플러그결합될 수 있다. In certain embodiments, various features may be provided to further improve the adsorbent bed unit. For example, a thermal expansion ring may be disposed between the adsorbent bed and one of the adsorbent bed unit heads (e.g., a head having valves positioned within the interfacial cross-sectional area or partially disposed). The thermal expansion ring may be configured to guide the adsorbent bed, to align the adsorbent bed within the adsorbent bed unit, to regulate thermal expansion, and to guide the adsorbent bed during insertion into the adsorbent bed unit. Also, the adsorbent bed unit may comprise a temporary debris foil. The foil foil may be used during maintenance to collect flakes falling into the adsorbent bed unit during the exchange of the adsorbent material (e.g., adsorbent bed) and may be used to remove the adsorbent beds and valves (e.g., one of the heads) As shown in FIG. For example, if the adsorbent bed is in a vertical orientation configuration, the foil foil may be inserted into the deflection port between the bottom valve and adsorbent bed before the adsorbent bed removal begins. Any flakes can then be removed from the adsorbent bed unit away from the foil foil. After insertion of the adsorbent bed unit, the foil foil can be removed and the deflection port can be plugged for operation.

본 기술은 스윙 흡착 공정을 개선시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 스윙 흡착 공정을 위한 순환은 합쳐져서 순환 시간으로 합산되는 임의의 시간 간격을 각각 구비하는 둘 이상의 단계들을 포함할 수 있다. 이러한 단계는 압력 스윙, 진공 스윙, 온도 스윙, 퍼징(공정에 적합한 임의의 유형의 퍼지 유체를 통한) 및 이들의 조합을 포함하는 다양한 방법을 사용하는 흡착 단계 이후의 흡착제 베드의 재생을 포함한다. 예로서, 스윙 흡착 순환은 흡착, 감압, 퍼지 및 재가압 단계를 포함할 수 있다. 고압에서 분리를 수행하는 경우, 감압 및 재가압(평형화 단계라고도 함)을 여러 단계로 수행하여 각 단계의 압력 변화를 줄이고 효율을 개선시킨다. 고속 순환 스윙 흡착 공정과 같은 일부 스윙 흡착 공정에서, 전체 순환 시간의 상당 부분은 흡착제 베드의 재생에 수반된다. 따라서, 재생 시간을 줄이면, 총 순환 시간이 단축된다. 이러한 감소는 또한 스윙 흡착 시스템의 전체 크기를 감소시킬 수 있다. This technique can be used to improve the swing adsorption process. For example, the circulation for the swing adsorption process may comprise two or more steps each having an arbitrary time interval summed to the circulation time. These steps include regeneration of the adsorbent bed after the adsorption step using various methods including pressure swing, vacuum swing, temperature swing, purging (via any type of purge fluid suitable for the process), and combinations thereof. By way of example, swing adsorption cycling may include adsorption, depressurization, purge and repressurization steps. When separating at high pressure, depressurization and repressurization (also referred to as equilibration step) are performed in several steps to reduce pressure variations in each step and improve efficiency. In some swing adsorption processes, such as a high velocity circulating swing adsorption process, a significant portion of the total circulation time is accompanied by the regeneration of the adsorbent bed. Therefore, by reducing the playback time, the total cycle time is shortened. This reduction can also reduce the overall size of the swing adsorption system.

이해할 수 있는 바와 같이, 본 기술은 공급물 스트림 및 퍼지 스트림을 위한 다양한 압력을 포함할 수 있다. 결과적으로, 흡착제 베드 유닛은 5 psia(pounds per square inch absolute) 내지 1,400 psia의 압력 범위에서 작동할 수 있다. 예를 들어, 공급 압력은 400 psia 내지 1,400 psia 범위, 600 psia 내지 1,200 psia 범위일 수 있는, 적절한 흡착 공급 압력에 기초할 수 있다. 또한, 상기 퍼지 압력은 50 psia 내지 800 psia 범위에 있거나 또는 400 psia 내지 600 psia 범위일 수 있는 양호한 흡착제 퍼지 압력에 기초할 수 있다. As can be appreciated, the technology may include various pressures for the feed stream and the purge stream. As a result, the adsorbent bed unit can operate in a pressure range of 5 psia (pounds per square inch absolute) to 1,400 psia. For example, the feed pressure may be based on a suitable adsorption feed pressure, which may range from 400 psia to 1,400 psia, and from 600 psia to 1,200 psia. In addition, the purge pressure may be based on a preferred adsorbent purge pressure which may be in the range of 50 psia to 800 psia or may be in the range of 400 psia to 600 psia.

본 기술들은 다양한 구성들로 통합될 수 있다. 예를 들어, 흡착제 베드 유닛은 구조화 또는 비구조화된 흡착제 베드를 포함할 수 있고, 그리고 흡착제 베드 유닛은 또한, 유동 직선화 및 유동 분배를 용이하게 하기 위하여 추가 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 기술들은 극저온 천연 가스 액체(NGL) 회수 이전에 탈수화에 사용되고 상기 극저온 천연 가스 액체(NGL) 회수에 통합될 수 있지만 이에 국한되지 않고 극저온 처리 공급 가스 사양에 대한 오염물들을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 통합들로서 액화 천연 가스(LNG) 설비 또는 다른 설비들을 포함할 수 있다. 여하튼, 본 기술들은 과다한 양의 오염물 즉, 수분과 CO2를 수용하는 공급물 스트림들을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 본 기술들은 또한, 극저온 천연 가스 액화 회수 설비를 위해 극저온 천연 가스 액화 사양들과 같은 다른 사양들로 오염물들을 제거하기 위해 사용될 수 있다. These techniques may be incorporated into various configurations. For example, the adsorbent bed unit may comprise a structured or unstructured adsorbent bed, and the adsorbent bed unit may also include additional forms to facilitate flow straightening and flow distribution. In addition, these techniques can be used to dehydrogenate prior to cryogenic natural gas liquid (NGL) recovery and to remove contaminants for cryogenic treatment feed gas specifications, including, but not limited to, the recovery of the cryogenic natural gas liquid (NGL) . Other integrations may include liquefied natural gas (LNG) installations or other facilities. In any case, these techniques can be used to treat feed streams that contain excessive amounts of contaminants, i.e., moisture and CO 2 . The techniques can also be used to remove contaminants with other specifications, such as cryogenic natural gas liquefaction specifications, for cryogenic natural gas liquefaction recovery facilities.

하나 이상의 실시예들에 있어서, 본 기술들은 어떠한 유형의 스윙 흡착 공정에 대해서도 사용될 수 있다. 본 기술을 위한 비제한적인 스윙 흡착 공정들은 압력 스윙 흡착(PSA), 진공 압력 스윙 흡착(VPSA), 온도 스윙 흡착(TSA), 부분 압력 스윙 흡착(PPSA), 고속 순환 압력 스윙 흡착(RCPSA), 고속 순환 서멀 스윙 흡착(RCTSA), 고속 순환 부분 압력 스윙 흡착(RCPPSA), 뿐만 아니라 압력/온도 스윙 흡착과 같은 상기 공정들의 혼합을 포함할 수 있다. 예시적인 동력학적 스윙 흡착 공정들에 대하여는 미국 특허 출원 공보 제2008/0282892호, 제2008/0282887호, 제2008/0282886호, 제2008/0282885호, 제2008/0282884호 및 제2014/0013955호에 개시되어 있으며, 이들 각각은 전체로서 참고를 위해 본원에 통합되었다. In one or more embodiments, the techniques may be used for any type of swing adsorption process. Non-limiting swing adsorption processes for the present technology include pressure swing adsorption (PSA), vacuum pressure swing adsorption (VPSA), temperature swing adsorption (TSA), partial pressure swing adsorption (PPSA), high pressure cyclic pressure swing adsorption High speed circulation thermal swing adsorption (RCTSA), high velocity circulation partial pressure swing adsorption (RCPPSA), as well as pressure / temperature swing adsorption. Exemplary kinetic swing adsorption processes are described in U.S. Patent Application Publication Nos. 2008/0282892, 2008/0282887, 2008/0282886, 2008/0282885, 2008/0282884, and 2014/0013955 Each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

특정 실시예에서, 흡착제 베드 유닛은 실질적으로 가스 불투과성 분할벽을 형성하는 헤드 부분 및 다른 본체 부분, 하우징 내에 배치된 흡착제 베드 및 하우징의 내부 영역과 하우징의 내부 영역 외부의 위치 사이에서 하우징 내의 개방부를 통해 유체 유동 통로를 제공하는 복수의 밸브들(예: 포핏 밸브)을 포함할 수 있는 하우징을 포함할 수 있다. 각각의 포핏 밸브는 헤드 내에 좌정 가능한 디스크 요소 또는 헤드 내에 삽입된 개별 밸브 시트 내에 좌정 가능한 디스크 요소를 포함할 수 있다. 포핏 밸브의 구성은 임의의 다양한 밸브 패턴 또는 포핏 밸브 유형의 구성일 수 있다. 예로서, 흡착제 베드 유닛은 상이한 스트림과 관련된 상이한 도관과 각각 유동 교통하는 하나 이상의 포핏 밸브를 포함할 수 있다. 포핏 밸브는 흡착제 베드와 각각의 도관, 매니폴드 또는 헤더 중 하나 사이의 유동 교통을 제공할 수 있다. In certain embodiments, the adsorbent bed unit comprises an opening in the housing between a head portion forming a substantially gas impermeable dividing wall and another body portion, an adsorbent bed disposed within the housing, and a position external to the interior region of the housing, And may include a housing that may include a plurality of valves (e.g., poppet valves) that provide a fluid flow passage through the portion. Each poppet valve may include a rotatable disk element in the head or a rotatable disk element in a separate valve seat inserted within the head. The configuration of the poppet valve may be any of a variety of valve patterns or poppet valve type configurations. By way of example, the adsorbent bed unit may comprise one or more poppet valves in flow communication with different conduits associated with different streams. The poppet valve can provide flow communication between the adsorbent bed and one of each of the conduits, the manifold, or the header.

흡착 분리 공정, 장치 및 시스템은 상술한 바와 같이 가스 및 오일 처리와 같은 탄화수소의 개발 및 제조에 유용하다. 특히, 제공된 공정, 장치 및 시스템은 가스 혼합물로부터 다양한 타겟 가스를 신속하고, 대규모로, 효율적으로 분리하는데 유용하다. 특히, 공정, 장치 및 시스템은 오염물 및 중질 탄화수소(예: 적어도 2개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소)를 제거함으로써 공급 생성물(예: 천연 가스 생성물)을 제조하는데 사용될 수 있다. 제공된 공정, 장치 및 시스템은 분리 적용을 포함하여 유틸리티에서 사용하기 위한 가스 공급물 스트림을 제조하는데 유용하다. 분리 적용은 이슬점 제어; 감미료 및/또는 해독; 부식 방지 및/또는 제어; 탈수; 가열 값; 조절; 및/또는 정화를 포함할 수 있다. 하나 이상의 분리 적용을 사용하는 유틸리티의 예로는 연료 가스의 생성; 밀봉 가스; 비식용수; 블랭킷 가스(blanket gas); 계기 및 제어 가스; 냉각제; 불활성 가스; 및/또는 탄화수소 회수를 포함한다.Adsorption separation processes, devices and systems are useful for the development and manufacture of hydrocarbons such as gas and oil treatment as described above. In particular, the processes, apparatus, and systems provided are useful for rapidly, large-scale, and efficient separation of various target gases from a gas mixture. In particular, processes, devices, and systems can be used to produce feed products (e.g., natural gas products) by removing contaminants and heavy hydrocarbons (e.g., hydrocarbons having at least two carbon atoms). The processes, apparatus and systems provided are useful for producing a gas feed stream for use in utilities, including separation applications. Separation applications include dew point control; Sweeteners and / or detoxification; Corrosion prevention and / or control; dehydration; Heating value; control; And / or purification. Examples of utilities that use one or more separation applications include generation of fuel gas; Sealing gas; Non-drinking water; Blanket gas; Instrument and control gas; refrigerant; Inert gas; And / or hydrocarbon recovery.

다른 실시예에서, 본 기술은 스윙 흡착 공정에 의해 스트림의 오염물을 특정 레벨로 감소시키는데 사용될 수 있다. 따라서, 본 기술은 흡착제 베드의 계면 단면 영역 외부에 밸브를 배치함으로써 포핏 밸브와 같은 밸브를 위한 추가적인 공간을 제공한다(예: 밸브는 흡착제 베드 유닛 헤드들 중 하나에 대한 흡착제 베드의 계면 단면 영역 외부에 배치된 밸브 단면 영역을 갖는다). 본 기술은 이하의 도 1 내지 도 8c를 참조할 때 더 이해될 수 있다. In another embodiment, the technique may be used to reduce contaminants in the stream to a certain level by a swing adsorption process. Thus, the present technology provides additional space for valves such as poppet valves by placing valves outside the interface cross-sectional area of the adsorbent bed (e.g., the valve is positioned between the interface cross-sectional area of the adsorbent bed for one of the adsorbent bed unit heads Sectional area of the valve < / RTI > The present technique can be further understood with reference to Figs. 1 to 8C below.

도 1은 6개의 종래의 흡착제 베드 유닛 및 상호 연결 파이프를 갖는 스윙 흡착 시스템(100)의 3 차원 다이애그램이다. 이러한 구성은 통상적인 스키드의 특정 예이지만, 이 특정 구성은 상이한 수의 흡착제 베드 유닛들을 포함할 수 있는 다른 구성으로서 예시적인 목적을 위한 것이다. 1 is a three dimensional diagram of a swing adsorption system 100 having six conventional adsorbent bed units and interconnecting pipes. While this configuration is a specific example of a conventional skid, this particular configuration is for illustrative purposes as another configuration that may include different numbers of adsorbent bed units.

이 시스템에서, 흡착제 베드 유닛(102)과 같은 흡착제 베드 유닛들은 공급물 스트림(예: 유체, 가스 또는 액체)으로부터 오염물들을 제거하기 위한 순환 스윙 흡착 공정을 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 흡착제 베드 유닛(102)은 흡착제 베드 유닛(102) 내의 흡착제 베드를 통해, 흡착제 베드로 또는 흡착제 베드로부터 흐르는 유체의 유동을 관리하기 위한 다양한 도관[예: 도관(104)]을 포함할 수 있다. 흡착제 베드 유닛(102)으로부터의 도관들은 매니폴드[예: 매니폴드(106)]에 연결되어서, 구성요소들로, 구성요소들로부터 또는 구성요소들 사이에서 스트림의 유동을 분배한다. 흡착제 베드 유닛 내의 흡착제 베드는 하나 이상의 오염물을 공급물 스트림으로부터 분리하여 생성물 스트림을 형성할 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 흡착제 베드 유닛은 퍼지 스트림, 감압 스트림 등과 같은 공정의 일부로서 다른 유체 스트림을 제어하기 위한 다른 도관을 포함할 수 있다. 또한, 흡착제 베드 유닛은 흡착제 베드 유닛 전용이고 스윙 흡착 공정의 하나 이상의 단계에 전용될 수 있는, 평형화 용기(equalization vessel;108)와 같은 하나 이상의 평형화 용기를 포함할 수 있다. In this system, adsorbent bed units such as adsorbent bed unit 102 may be configured for a circulating swing adsorption process to remove contaminants from a feed stream (e.g., fluid, gas or liquid). For example, the adsorbent bed unit 102 may include a variety of conduits (e.g., conduits 104) for managing the flow of fluid to and from the adsorbent beds through the adsorbent beds in the adsorbent bed unit 102 . Conduits from the adsorbent bed unit 102 are connected to a manifold (e.g., manifold 106) to distribute the flow of the stream to, from, or between the components. The adsorbent bed in the adsorbent bed unit may separate one or more contaminants from the feed stream to form a product stream. As can be appreciated, the adsorbent bed unit may include other conduits for controlling other fluid streams as part of a process such as purge stream, reduced pressure stream, and the like. In addition, the adsorbent bed unit may comprise one or more equalization vessels, such as an equalization vessel 108, dedicated to the adsorbent bed unit and which may be dedicated to one or more stages of the swing adsorption process.

예를 들어, 이하에 더 설명되는 바와 같이, 흡착제 베드 유닛(102)은 하우징을 포함할 수 있고, 상기 하우징은 실질적으로 가스 불 침투성 분할벽을 형성하는 헤드 부분 및 다른 본체 부분, 하우징 내에 배치된 흡착제 베드 및 하우징의 내부 영역과 하우징의 내부 영역 밖의 위치 사이에서 하우징 내의 개방부를 통해 유체 유동 통로를 제공하는 복수의 밸브들을 포함할 수 있다. 흡착제 베드는 공급물 스트림으로부터 하나 이상의 성분을 흡착할 수 있는 고체 흡착제 물질을 포함할 수 있다. 그러한 고체 흡착제 물질은 흡착제 베드 유닛(102) 내의 물리적 및 화학적 조건에 대해 내구성이 있도록 선택되고 흡착 공정에 따라 금속, 세라믹 또는 다른 재료를 포함할 수 있다. 흡착제 물질의 추가의 예가 하기에 추가로 기재되어 있다. For example, as described further below, the adsorbent bed unit 102 may comprise a housing, which includes a head portion and another body portion forming a substantially gas impermeable dividing wall, And a plurality of valves that provide fluid flow passages through the openings in the housing between the interior region of the adsorbent bed and the housing and a position outside the interior region of the housing. The adsorbent bed may comprise a solid adsorbent material capable of adsorbing one or more components from a feed stream. Such solid adsorbent materials are selected to be durable to the physical and chemical conditions within the adsorbent bed unit 102 and may include metals, ceramics or other materials depending on the adsorption process. Additional examples of adsorbent materials are further described below.

특정 예로서, 도 2는 종래의 흡착제 베드 유닛(200)의 부분도의 개략도를 도시한다. 흡착제 베드 유닛(200)은 밸브 보어 또는 밸브 포트(204)를 갖는 편평한 헤드(202)를 포함한다. 평평한 헤드(202)는 이 부분도에서 절결된 볼트(208)를 통해 플랜지형 원통형 유닛 또는 본체(206)에 연결된다. 이 다이애그램에서, 밸브(미도시)는 밸브 포트(204) 내에 배치된다. 이들 밸브 포트는 직경부(210) 및 주변부(212)에 기초한 흡착제 베드의 계면 단면 내에 있다. As a specific example, FIG. 2 shows a schematic view of a partial view of a conventional adsorbent bed unit 200. The adsorbent bed unit 200 includes a flat head 202 having a valve bore or valve port 204. The flat head 202 is connected to the flange-like cylindrical unit or body 206 through the bolts 208 cut out in this view. In this Diagram, a valve (not shown) is disposed in the valve port 204. These valve ports are within the interface section of the adsorbent bed based on diameter 210 and perimeter 212.

이러한 통상적인 흡착제 베드 유닛(200)에 제시된 바와 같이, 밸브 포트(204)에 배치된 밸브는 주변부(212) 내의 흡착제 베드 바로 위에(예: 계면 단면 영역 내에) 위치된다. 그러나, 흡착제 베드 유닛(200) 내의 흡착제 물질에 접근하기 위해 평평한 헤드(202)를 제거하는 것은 접근을 제공하기 위해 밸브, 관련 도관 및 관련 매니폴드를 제거하는 것을 포함한다. As shown in this conventional adsorbent bed unit 200, the valve disposed in the valve port 204 is located directly above the adsorbent bed (e.g., in the interface cross-sectional area) in the periphery 212. [ However, removing the flat head 202 to access the adsorbent material within the adsorbent bed unit 200 involves removing the valve, associated conduit and associated manifold to provide access.

대부분의 고속 순환 스윙 흡착 공정에 있어서, 사적은 최소화되어야 한다. 예로서, LNG 적용을 위한 탈수 순환이 고려될 수 있다. 이러한 공정에서, 순환은 공급물 스트림으로부터의 오염물들을 흡착하는 공급 단계 및 하나 이상의 퍼지 단계에 있을 수 있는 흡착제 베드를 통해 퍼지 스트림을 통과시킴으로써 오염물들을 제거하는 재생 단계를 포함할 수 있다. 이러한 공정의 공정 인벤토리는 낮으며 초과 사적은 공정이 사양을 벗어나 작동하게 할 수 있다. 이러한 과제는 초과 사적의 열 손실로 인해 가열 유체 온도가 낮아지는 공정의 일부로서 온도 스윙과 관련된 공정에서 특히 치명적이다. For most of the high-speed circulation swing adsorption processes, the porosity must be minimized. As an example, dehydration circulation for LNG application can be considered. In this process, the circulation may include a feed step of adsorbing contaminants from the feed stream and a regeneration step of removing contaminants by passing the purge stream through an adsorbent bed, which may be in one or more purge steps. The process inventory of these processes is low and the excess history can cause the process to work out of specification. This challenge is particularly lethal in processes involving temperature swing as part of the process in which the heating fluid temperature is lowered due to excess thermal losses.

또한, 초과 사적은 공정의 한쪽 끝에 더 문제가 될 수 있다. 예를 들어, 생성물 측 또는 생성물 단부의 과다한 사적은 공급 측 또는 공급 단부의 과다한 사적보다 더 치명적일 수 있다. 이것은 퍼지 단계가 시작되기 전에 초과 사적 내에서 더 냉각 가스를 갖는 생성물 단부 상의 초과 사적의 결과이다. 퍼지가 시작되면, 퍼지 스트림의 고온 퍼지 가스가 초과 사적의 냉각 가스와 혼합되어, 퍼지 가스가 흡착제 베드로 전달될 때 냉각되는 퍼지 가스를 유도한다. 불행하게도, 더 냉각 퍼지 스트림은 더 뜨거운 퍼지 스트림만큼 효율적으로 흡착제 베드를 재생하지 못한다. 또한, 추가 헤더 용적은 고온 퍼지 가스가 접촉하는 표면적 및 열 질량을 증가시킬 수 있다. 이는 퍼지 가스로부터 주위(예: 흡착제 베드의 상류에 있는 흡착제 베드의 상류 영역)로의 열 손실을 증가시키며, 이는 또한 흡착제 베드의 재생 효율을 감소시킨다. In addition, excess historical can be more problematic at one end of the process. For example, excessive history of the product side or the product end can be more lethal than the excessive history of the supply side or feed end. This is the result of the excess history on the product end with more cooling gas in excess history before the purge step is started. When purging is initiated, the hot purge gas of the purge stream is mixed with excess excess cooling gas, leading to a purge gas that is cooled when the purge gas is delivered to the adsorbent bed. Unfortunately, the cooler purge stream does not regenerate the adsorbent bed as efficiently as the hotter purge stream. In addition, the additional header volume can increase the surface area and thermal mass at which the hot purge gas comes into contact. This increases the heat loss from the purge gas to the ambient (e.g., upstream region of the adsorbent bed upstream of the adsorbent bed), which also reduces the regeneration efficiency of the adsorbent bed.

흡착제 베드의 각각의 단부에서 초과 사적의 해로운 영향이 도 3에 설명되어 있다. 도 3은 흡착제 베드의 각각의 단부에서의 초과 사적의 해로운 영향의 차이의 차트(300)이다. 차트(300)는 길이 축(302)을 따른 흡착제 베드의 표준화된 길이(z/L)에 대한 흡착 축(304)을 따른 그램 당 밀리몰(mmol/g) 단위의 H2O 흡착의 모델링된 값인 반응(306, 308 및 310)을 포함한다. 이 차트(300)에서, 퍼지 가스와 초과 사적의 금속 표면 사이의 열 전달 효과는 다양한 반응(306, 308 및 310)을 통해 도시된다. 반응(306)은 사적이 1.6L로 최소화되는 모델링된 반응(예: 실선)이고, 반응(308)은 사적이 19.2L로 증가되고 상기 영향들이 모두 고려되는 모델링된 반응(예: 점선)이며, 반응(310)은 사적이 증가하지만 위의 제 1 영향만 고려되는 모델링된 반응(예: 사각형)이다. 이 차트(300)에 도시된 바와 같이, 생성물 측에서 사적을 증가시키는 1차 문제점은 주위로의 열 손실이 증가하여 재생 온도가 낮아진다는 것이다. 이와 같이, 추가 사적이 필요한 경우, 퍼지 가스 및 퍼지 가스와 접촉하는 임의의 금속 사이의 열 전달을 줄이기 위한 단계들을 취해야 한다. The detrimental effects of excess history at each end of the adsorbent bed are illustrated in FIG. 3 is a chart 300 of the difference in the deleterious effects of excess historical at each end of the adsorbent bed. The chart 300 is a modeled value of H 2 O adsorption in millimole (mmol / g) per gram along the adsorption axis 304 to the normalized length (z / L) of the adsorbent bed along the longitudinal axis 302 And includes reactions 306, 308, and 310. In this chart 300, the heat transfer effect between the purge gas and the metal surface of the excess area is shown through various reactions 306, 308 and 310. Reaction 306 is a modeled reaction (e. G., Solid line) where the historical is minimized to 1.6 L and reaction 308 is a modeled response (e.g., dashed line) Reaction 310 is a modeled reaction (e.g., a square) in which the historical effect is increased but only the first effect is considered. As shown in this chart (300), the primary problem of increasing the historical product on the product side is that the heat loss to the surroundings increases and the regeneration temperature is lowered. Thus, when additional spots are needed, steps must be taken to reduce the heat transfer between the purge gas and any metal in contact with the purge gas.

상술한 바와 같이, 도 2에 도시된 바와 같은 흡착제 베드 유닛의 종래의 구성은 계면 단면 영역 내에 적어도 부분적으로 배치된 밸브 단면 영역 내에 밸브를 배치하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 흡착제 베드는 양 단부에 플랜지형의 평평한 헤드를 갖는 수직 실린더 내에 설치될 수 있다. 포핏 밸브는 흡착제 베드와 외부 위치 사이의 유동을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있으며, 평평한 헤드의 상부에 직접 설치될 수 있고, 이는 흡착제 베드 유닛의 사적을 최소화한다. 혼합 구역은 흡착제 베드 유닛의 각각의 단부에서 흡착제 베드와 밸브 사이의 영역이다. 정상 작동 중, 공급물 스트림은 상부 헤드의 밸브들 중 하나를 통해 도입되고 하부 헤드의 밸브들 중 하나를 통해 처리된 생성물로서 제거된다. 유사하게, 재생 단계 동안, 퍼지 스트림은 하부 헤드 상의 밸브들 중 하나를 통해 도입되고 상부 헤드 상의 밸브들 중 하나로부터 제거된다. 특정 공정에 따라, 다른 스트림이 흡착제 베드 유닛으로 도입될 수 있다. 또한, 단일 서비스에 대해 하나 초과의 밸브를 사용하거나 여러 서비스에 단일 밸브를 사용할 수 있다. As described above, the conventional configuration of the adsorbent bed unit as shown in Fig. 2 may include placing the valve in a valve cross-sectional area at least partially disposed within the interface cross-sectional area. For example, the adsorbent bed may be installed in a vertical cylinder having a flanged flat head at both ends. The poppet valve may be used to facilitate flow between the adsorbent bed and the external location, and may be installed directly on top of the flat head, which minimizes the location of the adsorbent bed unit. The mixing zone is the area between the adsorbent bed and the valve at each end of the adsorbent bed unit. During normal operation, the feed stream is introduced through one of the valves of the upper head and removed as a processed product through one of the valves of the lower head. Similarly, during the regeneration step, the purge stream is introduced through one of the valves on the bottom head and removed from one of the valves on the top head. Depending on the particular process, other streams may be introduced into the adsorbent bed unit. You can also use more than one valve for a single service or a single valve for multiple services.

예를 들어, 위와 같은 구성의 경우, 공정에 대해 4개의 서비스만 고려할 수 있다. 따라서, 상기 구성은 상부 평평한 헤드 상의 공급물 입구 및 퍼지 출구 및 하부 평평한 헤드 상의 생성물 출구 및 퍼지 입구를 포함할 수 있다. 각 서비스는 단일 밸브를 사용할 수 있지만, 다른 구성은 이중 서비스 밸브를 포함할 수 있다. 또한, 밸브는 능동 제어식 밸브 및/또는 수동 제어식 밸브일 수 있다는 것을 알아야 한다. 이러한 구성에서, 포핏 밸브와 흡착제 베드 사이의 영역은 사적이다. 이 사적은 용기의 양측에 있는 2 서비스로부터의 유체 스트림이 혼합되어 주변 금속에 열이 전달되는 혼합 구역이다. 이해할 수 있는 바와 같이, 효율적인 공정 작동을 위해, 혼합 구역은 바람직하게 최소화된다. 그러나, 이러한 구성으로 인해, 흡착제 베드와 같은 흡착제 물질에 대한 접근은 전체 밸브 조립체가 제거되어야 하므로 어려워진다. 이러한 제거는 노동 집약적일 수 있으며, 밸브 조립체의 제거는 다양한 유압 연결부(예: 각 밸브 조립체에 대해 3 내지 7 개)를 제거하는 것을 포함할 수 있기 때문에, 장비의 수명 순환을 단축시킬 수 있다. For example, in the case of the above configuration, only four services can be considered for the process. Thus, the arrangement may include a feed inlet on the upper flat head and a product outlet and purge inlet on the purge outlet and the lower flat head. Each service may use a single valve, but other configurations may include dual service valves. It should also be noted that the valve may be an actively controlled valve and / or a manually controlled valve. In this configuration, the area between the poppet valve and the adsorbent bed is private. This historic site is a mixing zone where the fluid streams from the two services on either side of the vessel are mixed and heat is transferred to the surrounding metal. As can be appreciated, for efficient process operation, the mixing zone is preferably minimized. However, due to this configuration, access to adsorbent material, such as an adsorbent bed, becomes difficult because the entire valve assembly must be removed. This removal may be labor intensive and the removal of the valve assembly may involve eliminating various hydraulic connections (e.g., 3 to 7 for each valve assembly), thereby shortening the life cycle of the equipment.

본 기술은 흡착제 베드 유닛 내의 흡착제 물질에 대한 접근 제한을 극복하기 위한 실시예를 제공한다. 예를 들어, 도 4a 및 도 4b는 본 기술의 대안 실시예에 따른 관련 밸브 조립체를 갖는 흡착제 베드 유닛의 일부의 다이애그램(400 및 420)이다. 각각의 다이애그램(400 및 420)에 대해, 도 1과 유사한 다중 흡착제 베드 구성에서 사용될 수 있는 흡착제 베드 유닛의 일부는 본체 또는 하우징을 포함하며, 상기 본체 또는 하우징은 상부 헤드(406) 및 하부 헤드(408)와 함께 원통형 벽 및 원통형 절연 층(404) 내에 배치된 흡착제 베드(402)를 포함할 수 있다. The present technology provides an embodiment to overcome access restrictions on the adsorbent material in the adsorbent bed unit. For example, Figures 4A and 4B are Diagrams 400 and 420 of a portion of an adsorbent bed unit having an associated valve assembly according to an alternative embodiment of the present technique. For each Diagram 400 and 420, a portion of the adsorbent bed unit, which may be used in a multiple adsorbent bed configuration similar to that of FIG. 1, includes a body or housing, which includes an upper head 406, The adsorbent bed 402 disposed within the cylindrical wall and the cylindrical insulating layer 404 with the adsorbent bed 408.

상부 헤드(406) 및 하부 헤드(408)는 헤드(406 또는 408) 중 하나가 흡착제 베드(402)에 접근할 수 있도록 상이한 구성을 가질 수 있다. 흡착제 베드 유닛은 상이한 매니폴드(미도시)에 결합되어 흡착제 베드로 유체를 제공하고 안내한다. 다이애그램(400 및 420)에서, 상부 헤드(406)는 임의의 밸브를 포함하지 않고, 하부 헤드(408)는 밸브 조립체(412 및 414)(예: 포핏 밸브)와 같은 밸브 조립체를 포함한다. 흡착제 베드의 상부 영역에 대해, 유체는 상이한 도관 구성을 통해 연결된 밸브(416 및 418)와 같은 밸브 구조체를 통해 헤드(406)와 흡착제 베드(402) 사이의 상부 개방 유동 경로 용적 내외로 유동한다. 이러한 도관 구성은 각각의 다이애그램(400 및 420)에서 보다 상세히 논의된다. 각각의 헤드(406 또는 408)와 흡착제 베드(402) 사이의 상부 또는 하부 개방 유동 경로 용적은 또한 유체를 흡착제 베드(402) 내로 균일한 방식으로 직접 도입하는 유동 분배기(미도시)를 수용할 수 있다. 유동 분배기는 천공된 플레이트, 원형 플레이트 또는 유동을 흡착제 베드 상에 분배하는 다른 장치를 포함할 수 있다. The upper head 406 and the lower head 408 may have different configurations to allow one of the heads 406 or 408 to access the adsorbent bed 402. The adsorbent bed unit is coupled to a different manifold (not shown) to provide and direct fluid to the adsorbent bed. In Diagrams 400 and 420, upper head 406 does not include any valves and lower head 408 includes valve assemblies such as valve assemblies 412 and 414 (e.g., poppet valves). For the upper region of the adsorbent bed, the fluid flows into and out of the upper open flow path volume between the head 406 and the adsorbent bed 402 through a valve structure, such as valves 416 and 418, connected through different conduit configurations. This conduit configuration is discussed in greater detail in the respective Diagrams 400 and 420. The upper or lower open flow path volume between each head 406 or 408 and the adsorbent bed 402 can also accommodate a flow distributor (not shown) that directly introduces fluid into the adsorbent bed 402 in a uniform manner have. The flow distributor may comprise a perforated plate, a circular plate or other device for dispensing the flow on the adsorbent bed.

밸브 조립체(412, 414, 416 내지 418)가 포핏 밸브인 경우, 각각은 부싱 또는 밸브 가이드 내에 위치될 수 있는 스템 요소에 연결된 디스크 요소를 포함할 수 있다. 스템 요소는 각각의 밸브가 각각의 스템에 선형 이동을 부여하도록 구성된 작동 수단(미도시)과 같은 작동 수단에 연결될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 작동 수단은 단일 밸브를 작동시키기 위해 공정의 상이한 단계들에 대해 독립적으로 작동될 수 있거나 또는 단일 작동 수단이 2 개 이상의 밸브들을 제어하도록 사용될 수 있다. 또한, 개방부가 실질적으로 유사한 크기일 수 있지만, 입구 매니폴드의 개방부 및 입구 밸브는 입구를 통과하는 가스 용적이 출구를 통과하는 생성물 용적보다 작을 수 있으므로 출구 매니폴드의 개방부 및 입구 밸브보다 작은 직경을 가질 수 있다. When the valve assemblies 412, 414, 416 through 418 are poppet valves, each may include a disk element coupled to a stem element that may be located within the bushing or valve guide. The stem elements can be connected to actuating means such as actuating means (not shown) each valve configured to impart linear movement to each stem. As can be appreciated, the actuation means can be operated independently for different steps of the process to actuate a single valve, or a single actuation means can be used to control two or more valves. The opening of the inlet manifold and the inlet valve may also be smaller than the opening of the outlet manifold and the inlet valve because the gas volume passing through the inlet may be less than the product volume through the outlet, Diameter.

이러한 구성에서, 계면은 헤드(406 및 408)에 인접한 흡착제 베드(402)의 단부이다. 계면 단면 영역은 헤드(406 및 408)에 인접한 각각의 단부에서 흡착제 베드(402)의 단면 영역이다. 이러한 구성에 대해서, 밸브(412, 414)는 계면 단면 영역 내에 또는 부분적으로 배치되는 한편, 밸브(416, 418)는 흡착제 베드(402)에 의해 형성되는 계면 단면 영역의 외부에 또는 지나서 배치된다. 또한, 밸브들에 대한 밸브의 단면 영역은 흡착제 베드(402)에 인접한 밸브의 형상(또는 계면 단면 영역 외부의 밸브에 대한 베드를 향한 최인접면)에 의해 형성되는 반면, 계면 단면 영역은 흡착제 베드(402)의 형상에 의해서 형성된다. 이 구성에서, 밸브(412, 414)는 도관과 직접 유동 교통하고, 하우징 밖의 위치로부터 도관을 통해서 그리고 흡착제 베드(402)로 연장되는 유동 경로를 따라 유체 유동을 제어하도록 구성되고, 상기 밸브(412, 414)는 흡착제 베드(402)의 계면 단면 영역 내에 적어도 부분적으로 배치된 밸브 단면 영역을 갖는 한편, 밸브(416, 418)는 흡착제 베드(402)의 계면 단면 영역 외부의 밸브 단면 영역을 가진다. In this configuration, the interface is the end of the adsorbent bed 402 adjacent to the heads 406 and 408. The interface cross-sectional area is the cross-sectional area of the adsorbent bed 402 at each end adjacent to the heads 406 and 408. For this configuration, valves 412 and 414 are disposed within or in the interfacial cross-sectional area while valves 416 and 418 are disposed beyond or beyond the interfacial cross-sectional area formed by adsorbent bed 402. In addition, the cross-sectional area of the valve relative to the valves is formed by the shape of the valve adjacent to the adsorbent bed 402 (or the closest face to the bed for valves outside the interface cross-sectional area), while the interface cross- (402). In this configuration, valves 412 and 414 are in direct fluid communication with the conduit and are configured to control fluid flow from a location outside the housing through the conduit and along the flow path extending to the adsorbent bed 402, 414 have a valve cross-sectional area at least partially disposed within the interface cross-sectional area of the adsorbent bed 402 while valves 416, 418 have valve cross-sectional areas outside the interface cross-sectional area of the adsorbent bed 402.

상술한 바와 같이, 밸브(416 및 418)는 헤드 주변부 외부에 있다(예: 흡착제 베드(402)의 계면 단면 영역 외부의 밸브 단면 영역을 갖는다). 다이애그램(400,420)에서, 상이한 구성들에는 흡착제 베드(402)로 통과하고 흡착제 베드로부터 멀리 안내되는 유체에 대한 상이한 유동 경로들이 제공된다. 다이애그램(400)의 경우, 밸브(416 및 418)는 도관(417)을 통한 유동 경로를 제공하며, 상기 유동 경로는 밸브들 사이에서 공유된다. 이들 밸브(416 및 418)로부터의 유체의 유동은 흡착제 베드를 통과하는 주요 유동 경로를 따르도록 전환되어야 한다. 이 구성에서, 도관(417)은 헤드(406)(예: 상부 평평한 헤드)에 연결된 90도 엘보우이다. 이 엘보우의 다른 단부에는 2개의 밸브(416 및 418)가 설치된다. 도관은 밸브(416 및 418)의 밸브 조립체를 제거하지 않고 이들 플랜지를 제거하면 헤드(406) 및 흡착제 베드(402)에 용이하게 접근할 수 있도록 플랜지될 수 있다. 이러한 구성에서, 도관(417)은 도관(417)을 통해서 각각의 밸브(416 및 418)로 흐르는 냉온 가스 스트림에 노출된다. 결과적으로, 이 구성에서 큰 열 전달 손실이 나타날 수 있다. As described above, valves 416 and 418 are external to the head periphery (e.g., having a valve cross-sectional area outside the interface cross-sectional area of adsorbent bed 402). In Diagrams 400 and 420, different configurations are provided with different flow paths for fluids that pass through the adsorbent bed 402 and are guided away from the adsorbent bed. In the case of Diagram 400, valves 416 and 418 provide a flow path through conduit 417, which is shared between the valves. The flow of fluid from these valves 416 and 418 must be switched to follow the main flow path through the bed of adsorbent. In this configuration, conduit 417 is a 90 degree elbow connected to head 406 (e.g., upper flat head). Two valves 416 and 418 are provided at the other end of the elbow. The conduit may be flanged to facilitate access to the head 406 and adsorbent bed 402 by removing these flanges without removing the valve assemblies of valves 416 and 418. [ In this configuration, conduit 417 is exposed to the cold gas stream flowing through conduit 417 to each valve 416 and 418. As a result, a large heat transfer loss may occur in this configuration.

다이애그램(420)의 경우, 밸브(416 및 418)는 각각 도관(422 및 424)을 통한 유동 경로를 제공한다. 이들 도관(422, 424)은 주요 유동 경로와 실질적으로 반대 방향으로부터 만곡된 유동 경로를 제공한다. 이와 같이, 이들 밸브(416, 418)로부터의 유체의 유동은 흡착제 베드(402)를 통하는 주요 유동 경로를 따르도록 전환되어야 한다. 이들 도관(422, 424)은 헤드(406)에 연결된 U-벤드로 만곡지고, 각각의 밸브(416, 418)는 이들 U-벤드의 다른 단부에 설치된다. U-벤드는 각각의 밸브(416 및 418)를 제거하지 않고 이들 플랜지를 제거하면, 헤드(406) 및 흡착제 베드(402)에 용이하게 접근할 수 있도록 플랜지될 수 있다. 이러한 구성에서, 각각의 도관(422 및 424)은 거의 일정한 온도의 움직이는 유체에 노출되기 때문에 공정 전체에서 거의 동일한 온도가 유지된다. 예를 들어, 생성물 밸브가 개방될 때, 이 밸브와 연결되는 도관을 통해서 냉각 가스가 흐르고 다른 도관은 거의 데드-레그(a dead-leg)와 같이 작동한다. 유사하게, 퍼지 입구 밸브가 개방될 때, 이 밸브에 연결된 도관을 통해 고온의 퍼지 가스가 흐르고 다른 도관은 거의 데드 레그와 같이 작동한다. 이와 같이, 퍼지 가스 스트림으로부터의 열 손실은 최소화된다. 혼합 구역은 또한 대체로 헤드(406)와 흡착제 베드(402) 사이의 좁은 영역으로 제한된다. 소량의 혼합이 도관(422 및 424)에서 발생할 수 있지만, 이는 성능에 해로울 것으로 예상되지는 않는다. For Diagram 420, valves 416 and 418 provide a flow path through conduits 422 and 424, respectively. These conduits 422 and 424 provide a curved flow path from a direction substantially opposite to the main flow path. As such, the flow of fluid from these valves 416, 418 must be switched to follow the main flow path through the adsorbent bed 402. These conduits 422 and 424 are bent into a U-bend connected to the head 406 and each valve 416 and 418 is installed at the other end of these U-bends. The U-bend can be flanged to facilitate access to the head 406 and the adsorbent bed 402 by removing these flanges without removing the respective valves 416 and 418. In this configuration, approximately the same temperature throughout the process is maintained because each conduit 422 and 424 is exposed to a moving fluid at a substantially constant temperature. For example, when the product valve is opened, the cooling gas flows through the conduit associated with the valve and the other conduits act almost like a dead-leg. Similarly, when the purge inlet valve is opened, a high temperature purge gas flows through the conduit connected to the valve and the other conduit acts almost like a dead leg. Thus, the heat loss from the purge gas stream is minimized. The mixing zone is also generally limited to a narrow region between the head 406 and the adsorbent bed 402. Although small amounts of mixing may occur in conduits 422 and 424, this is not expected to be detrimental to performance.

추가의 개선으로서, 흡착제 베드 유닛의 구성에 대한 추가적인 제한이 이행될 수 있다. 예를 들어, 흡착제 베드 유닛은 일련의 고속 작동 공정 스트림 밸브에 추가로 부착된 하우징에 일체로 고정된 도관을 갖는 수직 축방향 평면에서 배향될 수 있다. 밸브는 일련의 공정 공급부 및 생성물 헤더에 연결될 수 있다. 흡착제 베드 유닛의 최고 한계는 흡착제 베드와 같은 흡착제 베드 유닛의 내부에 접근하기 위해 사용되는 볼트-온 커버(예: 헤드)에서 종결될 수 있고, 일체형 유동 베인 또는 유동 전환기를 기계적으로 지지한다. 또한, 유동 베인은 가스 스트림 경로를 흡착제 베드로 또는 흡착제 베드로부터 분배하는 기구를 제공하는 공정 스트림 밸브에 정렬될 수 있다. 또한, 흡착제 베드 유닛의 최저 한계는 일련의 고속 작동 공정 스트림 밸브를 추가로 부착하는 매니폴드에서 종료될 수 있다. 최저 매니폴드는 상부 영역과 유사한 목적을 갖는 유사한 유동 베인을 지지한다. As a further improvement, further constraints on the construction of the adsorbent bed unit can be implemented. For example, the adsorbent bed unit may be oriented in a vertical axial plane having a conduit integrally secured to a housing that is additionally attached to a series of high-speed operation process stream valves. The valve may be connected to a series of process feeds and a product header. The upper limit of the adsorbent bed unit can be terminated in a bolt-on cover (e.g., a head) used to access the interior of the adsorbent bed unit, such as an adsorbent bed, and mechanically supports an integral flow vane or flow diverter. The flow vanes may also be aligned with a process stream valve that provides a mechanism to dispense the gas stream path to or from the adsorbent bed. In addition, the lowest limit of the adsorbent bed unit can be terminated in a manifold that additionally adheres to a series of high-speed operating process stream valves. The lowest manifold supports a similar flow vane with similar purpose to the upper region.

흡착제 베드 유닛은 흡착제 베드 유닛의 수직축에 축방향으로 정렬된 원형, 정사각형, 직사각형 또는 다른 다각형의 횡단면 형상을 가질 수 있고 흡착제 베드 유닛의 수직축과 축방향으로 정렬되는 흡착제 베드를 포함한다. 흡착제 베드는 흡착제 베드 종결 단부들 모두에 위치한 일체형 유동 분배 하드웨어를 갖는 모놀리 식 금속 쉘 또는 라이너에 수납될 수 있다. 흡착제 베드는 동심원적으로 지지되고 복수의 체결구에 의해 상부 흡착제 베드 말단과 정렬될 수 있다. 지지 접촉면은 우회 가스 스트림이 흡착제 베드를 통하는 것 이외의 다른 곳으로 이동하는 것을 방지하는 동심의 밀봉부 링에 일체형일 수 있다. 하부 흡착제 베드는 축방향(예: 열 팽창 링에서)에서 서멀 베드 팽창을 허용하는 일련의 균등하게 이격된 금속 프롱(prong)과 동심원으로 정렬되도록 종료될 수 있다. 프롱은 수평면에서 흡착제 베드의 이동을 제한할 수 있다. The adsorbent bed unit includes an adsorbent bed which may have a circular, square, rectangular or other polygonal cross-sectional shape axially aligned with the vertical axis of the adsorbent bed unit and which is axially aligned with the vertical axis of the adsorbent bed unit. The adsorbent bed may be contained in a monolithic metal shell or liner having integral flow distribution hardware located at all of the adsorbent bed termination ends. The adsorbent bed is supported concentrically and can be aligned with the top adsorbent bed end by a plurality of fasteners. The support contact surface may be integral to the concentric seal ring to prevent the bypass gas stream from moving to other than through the adsorbent bed. The lower adsorbent bed may be terminated to align concentrically with a series of evenly spaced metal prongs that permit thermal bed expansion in the axial direction (e.g., in the thermal expansion ring). Prongs can restrict the movement of the adsorbent bed in a horizontal plane.

또한, 본 기술은 유연한 공정 밸브 구성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 기술은 최고 한계 밸브가 하우징 주변부 주위의 임의의 원하는 각도로 배열될 수 있는 것과 같은 대안 공정 밸브 위치를 포함할 수 있다. 또한, 반대편 밸브가 바람직하지 않을 때 흡착제 베드로의 공정 스트림 유동 정렬을 개선시키기 위해 밸브 배치가 사용될 수 있다. 본 기술은 원하는 사적 기준에 적합하도록 임의의 원하는 수직 배향으로 배치될 수 있는 최저 한계 밸브와 같은 대안 공정 밸브 배치를 추가로 제공한다. In addition, the technology can provide a flexible process valve configuration. For example, the present technique may include alternative process valve positions such that the high-limit valve may be arranged at any desired angle around the periphery of the housing. Also, valve arrangements can be used to improve process stream flow alignment to the adsorbent bed when the opposite valve is not desired. The present technique further provides an alternative process valve arrangement, such as a lowermost valve, which can be arranged in any desired vertical orientation to meet desired personal criteria.

또한, 본 기술은 턴어라운드 및 흡착제 베드 유지보수성을 개선시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 기술은 복잡하거나 기계화된 장치없이 내부 흡착제 베드에 접근, 제거 및 교체하는 단순한 방법을 제공한다. 1차 지지체가 볼트결합해제되면, 흡착제 베드 조립체는 수직 평면에서 흡착제 베드 유닛으로부터 들어 올려진다. 교체용 흡착제 베드 조립은 역순으로 설치된다. 또한, 흡착제 베드 바로 아래에 위치한 공정 스트림 밸브는 캐치 기구(예: 일시적인 박편 포일)로 보호될 수 있다. 박편 포일은 제거 가능한 커버 플레이트를 통해 설치될 수 있다. 보호 박편 포일은 유닛 턴어라운드 및 유지보수 작업 중에 외부 박편으로 밸브가 막히는 것을 줄이거나 피할 수 있다. 또한, 또 다른 장점으로서, 공정 도관 및 관련 공정 밸브 및 그들의 유압 유틸리티 서비스 시스템을 분해할 필요가 없는 흡착제 베드 조립체의 제거 및 교체는 유지보수 작업 및 비용을 감소시킨다. The technique can also be used to improve turnaround and adsorbent bed maintainability. For example, the present technology provides a simple method of accessing, removing and replacing an internal adsorbent bed without a complicated or mechanized device. When the primary support is unbolted, the adsorbent bed assembly is lifted from the adsorbent bed unit in a vertical plane. Replacement adsorbent bed assemblies are installed in reverse order. Also, the process stream valve located directly beneath the adsorbent bed can be protected by a catch mechanism (e.g., a temporary foil foil). The foil foil can be installed through a removable cover plate. The protective foil foil can reduce or avoid clogging of the valve with outer flakes during unit turnaround and maintenance operations. Also, as another advantage, removal and replacement of the adsorbent bed assembly, which does not require disassembly of the process conduits and associated process valves and their hydraulic utility service systems, reduces maintenance operations and costs.

또한, 본 기술은 종래의 흡착제 베드 유닛과 비교하여 다양한 비용 절약 인센티브를 제공한다. 예를 들어, 주문 제작된 융기된 면 용접 네크 플랜지로 종결되는 용기 폐쇄 부를 갖는 유사한 서비스를 갖는 종래의 흡착제 베드 유닛은 각각의 공정 밸브 사이의 밸브 동적 부하 및 최소 재료 리거먼트(material ligament)에 의해서 부여로 인한 수직 편향을 극복하도록 상당히 두꺼운 평평한 폐쇄 커버 상으로 모든 공정 밸브들을 위치시킨다. 이와 비교하여, 본 기술은 제안된 구성에서 최소 재료 두께를 갖는 단순한 폐쇄 커버 플레이트를 사용할 수 있다. 따라서, 종래의 흡착제 베드 유닛의 흡착제 베드를 서비스하기 위해서는, 내부 접근을 얻기 위해 폐쇄 커버 및 모든 공정 밸브와 인접한 도관을 제거해야 한다. 그러나, 본 기술은 흡착제 베드 유닛의 내부에 접근할 때 공정 스트림 밸브 또는 인접 도관을 강제적으로 분해할 필요가 없다. 또한, 종래의 흡착제 베드 유닛은 또한 대구경 공정 파이프로 통합되는 모든 공정 스트림 밸브로부터 및 모든 공정 스트림 밸브로부터의 도관들의 복잡한 배열을 요구할 수 있다. 이와 비교하여, 본 기술은 단순한 컴팩트한 파이프 배치를 채용한다. 상술한 재료의 용적과 컴팩트한 파이프-런 구성의 조합된 절감은 초기 제작, 미래 유지보수 및 장거리 유닛 운영 비용과 같은 직접적인 비용 절감 효과가 있다. In addition, the present technology provides various cost saving incentives compared to conventional adsorbent bed units. For example, a conventional adsorbent bed unit having a similar service with a container closure terminating in a customized raised surface weld neck flange may be provided by a valve dynamic load between each process valve and a material ligament Place all process valves on a fairly thick flat closed cover to overcome the vertical deflection due to the application. In comparison, the technique can use a simple closed cover plate with the minimum material thickness in the proposed configuration. Therefore, in order to service the adsorbent bed of a conventional adsorbent bed unit, the closed cover and all of the process valves and adjacent conduits must be removed to obtain an interior access. However, the present technique does not require forcibly disassembling the process stream valve or adjacent conduit when approaching the interior of the adsorbent bed unit. In addition, conventional adsorbent bed units may also require a complicated arrangement of conduits from all process stream valves and from all process stream valves that are integrated into the large diameter process piping. In comparison, the technology employs a simple, compact pipe arrangement. The combined savings of the aforementioned material volumes and compact pipe-run configurations have direct cost savings, such as initial production, future maintenance, and long-distance unit operating costs.

본 기술은 흡착제 베드 유닛 내의 흡착제 물질에 대한 접근 제한을 극복하기 위한 실시예를 제공한다. 예를 들어, 도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 기술의 대안 실시예에 따른 관련 밸브 조립체를 갖는 흡착제 베드 유닛의 일부의 추가 다이애그램(500, 520, 540 및 560)이다. 각각의 다이애그램(500, 520, 540 및 560)에 대해, 도 1과 유사한 구성으로 사용될 수 있는 흡착제 베드 유닛의 부분은 상부 헤드(506) 및 하부 헤드(508)와 함께 원통형 벽(502) 및 원통형 절연 층(504)을 포함할 수 있는 본체 또는 하우징을 포함한다. 상부 헤드(506) 및 하부 헤드(508)와 절연 층(504) 사이에 흡착제 베드(510)가 배치되어, 실질적으로 개방 유동 경로 용적으로 구성되는 상부 개방 구역 및 하부 개방 구역을 형성한다. 흡착제 베드 유닛의 개방 유동 경로 용적은 다양한 단계를 위해 관리되어야 하는 가스를 포함한다. 하우징은 예를 들어, 내부 영역 내에서 0.1 bara 내지 100 bara의 압력을 유지하도록 구성될 수 있다. The present technology provides an embodiment to overcome access restrictions on the adsorbent material in the adsorbent bed unit. For example, Figures 5A, 5B, 5C, and 5D are additional diagrams 500, 520, 540, and 560 of a portion of an adsorbent bed unit having an associated valve assembly in accordance with an alternative embodiment of the present technique. For each Diagram 500, 520, 540, and 560, a portion of the adsorbent bed unit that can be used in a configuration similar to that of FIG. 1 includes a cylindrical wall 502 and a lower head 508, together with an upper head 506 and a lower head 508, And includes a body or housing that may include a cylindrical insulating layer 504. An adsorbent bed 510 is disposed between the upper head 506 and the lower head 508 and the insulating layer 504 to form an upper open region and a lower open region configured substantially as an open flow path volume. The open flow path volume of the adsorbent bed unit contains the gas that must be maintained for various stages. The housing may, for example, be configured to maintain a pressure of between 0.1 and 100 bara in the interior region.

상부 헤드(506) 및 하부 헤드(508)는 헤드(506 또는 508) 중 하나가 흡착제 베드(510)에 접근할 수 있도록 상이한 구성을 가질 수 있다. 흡착제 베드 유닛은 상이한 매니폴드(미도시)에 결합되어서 흡착제 베드로 유체를 제공하고 안내한다. 다이애그램(500, 520, 540 및 560)에서, 상부 헤드(506)는 임의의 밸브를 포함하지 않지만, 하부 헤드(508)는 각각 밸브 조립체(512 및 514)와 같은 밸브 구조체(예: 포핏 밸브)가 삽입될 수 있는 개방부를 수용한다. 흡착제 베드의 상부 영역에 대해, 유체는 상이한 도관 구성을 통해 연결된 밸브(516 및 518)와 같은 밸브 구조체를 통해 헤드(506)와 흡착제 베드(510) 사이의 상부 개방 유동 경로 용적 내외로 유체가 유동한다. 이들 도관 구성들은 각각의 다이애그램(500, 520, 540 및 560)에서 하기 추가 논의된다. 각각의 헤드(506 또는 508)와 흡착제 베드(510) 사이의 상부 또는 하부 개방 유동 경로 용적은 또한 균일한 방식으로 흡착제 베드(510)로 유체를 직접 도입하는 유동 분배기(미도시)를 수용할 수 있다. 유동 분배기는 천공된 플레이트, 원형 플레이트 또는 유동을 흡착제 베드 상에 분배하는 다른 장치를 포함할 수 있다. The upper head 506 and the lower head 508 may have different configurations to allow one of the heads 506 or 508 to access the adsorbent bed 510. The adsorbent bed unit is coupled to a different manifold (not shown) to provide and direct fluid to the adsorbent bed. In Diagrams 500, 520, 540, and 560, the upper head 506 does not include any valves, but the lower head 508 includes valve structures such as valve assemblies 512 and 514, ) Can be inserted. With respect to the upper region of the adsorbent bed, the fluid flows through the valve structure, such as valves 516 and 518, connected through different conduit configurations, into and out of the upper open flow path volume between the head 506 and the adsorbent bed 510 do. These conduit configurations are discussed further below in each Diagram 500, 520, 540, and 560. The upper or lower open flow path volume between each head 506 or 508 and the adsorbent bed 510 can also accommodate a flow distributor (not shown) that directly introduces fluid to the adsorbent bed 510 in a uniform manner have. The flow distributor may comprise a perforated plate, a circular plate or other device for dispensing the flow on the adsorbent bed.

밸브 조립체(512, 514, 516 내지 518)가 포핏 밸브인 경우, 각각은 부싱 또는 밸브 가이드 내에 위치될 수 있는 스템 요소에 연결된 디스크 요소를 포함할 수 있다. 스템 요소는 각각의 밸브가 각각의 스템에 선형 이동을 부여하도록 구성된 작동 수단(미도시)과 같은 작동 수단에 연결될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 작동 수단은 단일 밸브를 작동시키기 위해 공정의 상이한 단계들에 대해 독립적으로 작동될 수 있거나 단일 작동 수단이 2개 이상의 밸브를 제어하도록 사용될 수 있다. 또한, 개방부가 실질적으로 유사한 크기일 수 있지만, 입구 매니폴드의 개방부 및 입구 밸브는 입구를 통과하는 가스 용적이 출구를 통과하는 생성물 용적보다 작을 수 있으므로 출구 매니폴드의 입구 및 입구 밸브보다 작은 직경을 가질 수 있다. When the valve assemblies 512, 514, 516-518 are poppet valves, each may include a disk element coupled to a stem element that may be located within a bushing or valve guide. The stem elements can be connected to actuating means such as actuating means (not shown) each valve configured to impart linear movement to each stem. As can be appreciated, the actuating means can be operated independently for different steps of the process to actuate a single valve, or a single actuating means can be used to control two or more valves. The opening of the inlet manifold and the inlet valve may also have a smaller diameter than the inlet and inlet valve of the outlet manifold, since the opening volume of the inlet manifold and the inlet valve may be smaller than the product volume through the outlet, Lt; / RTI >

이러한 구성에서, 계면은 헤드(506 및 508)에 인접한 흡착제 베드(510)의 단부이다. 계면 단면 영역은 헤드(506 및 508)에 인접한 각각의 단부에서 흡착제 베드(510)의 단면 영역이다. 이 구성에 있어서, 밸브(512 및 514)는 계면 단면 영역 내에 또는 부분적으로 배치되는 반면, 밸브(516 및 518)는 흡착제 베드(510)에 의해 형성된 계면 단면 영역의 외부에 또는 넘어서 배치된다. 또한, 밸브에 대한 밸브 단면 영역은 흡착제 베드(510)에 인접한 밸브의 형상(또는 계면 단면 영역 외부의 밸브에 대해서 베드를 향한 최인접면)에 의해 형성되는 반면, 계면 단면 영역은 흡착제 베드(510)의 형상에 의해서 형성된다. 다이애그램(500)의 예로서, 밸브(512)가 원형 디스크 요소를 갖는 포핏 밸브이고 흡착제 베드(510)가 원형 프리즘의 형상을 갖는다면, 밸브(512)에 대한 밸브 단면 영역은 직경(505)을 갖는 원의 면적인 반면, 흡착제 베드(510)에 대한 계면 단면 영역은 직경(507)을 갖는 원의 면적이다. 유사하게, 밸브(516)가 원형 디스크 요소를 갖는 포핏 밸브이라면, 밸브(516)에 대한 밸브 단면 영역은 직경(509)을 갖는 원의 면적이다. 이 구성에서, 밸브(512 및 516)는 도관과 직접 유동 교통하고 도관을 통해서 하우징 밖의 위치로부터 흡착제 베드(510)로 연장되는 유동 경로를 따라 유체 유동을 제어하도록 구성되고, 밸브(512)는 흡착제 베드(510)의 계면 단면 영역 내에 배치된 밸브 단면 영역을 가지며, 밸브(516)는 흡착제 베드(510)의 계면 단면 영역 외부의 밸브 단면 영역을 가진다. 다른 구성들에서, 밸브들(512 및 514)은 흡착제 베드(510)의 계단 단면 영역 내에 적어도 부분적으로 배치된 밸브 단면 영역을 가질 수 있다. In this configuration, the interface is the end of the adsorbent bed 510 adjacent to the heads 506 and 508. The interface cross-sectional area is the cross-sectional area of the adsorbent bed 510 at each end adjacent to the heads 506 and 508. In this configuration, the valves 512 and 514 are disposed within or in the interfacial cross-sectional area, while the valves 516 and 518 are disposed outside or above the interfacial cross-sectional area formed by the adsorbent bed 510. In addition, the valve cross-sectional area for the valve is formed by the shape of the valve adjacent to the adsorbent bed 510 (or the closest face to the bed for valves outside the interface cross-sectional area), while the interface cross- As shown in Fig. If valve 512 is a poppet valve with a circular disk element and adsorbent bed 510 has the shape of a circular prism as an example of a Diagram 500, then the valve cross-sectional area for valve 512 is a diameter 505, While the interfacial cross-sectional area for the adsorbent bed 510 is the area of the circle with diameter 507. Similarly, if valve 516 is a poppet valve with a circular disk element, the valve cross-sectional area for valve 516 is the area of the circle with diameter 509. In this configuration, the valves 512 and 516 are configured to communicate directly with the conduit and to control fluid flow along a flow path extending from the location outside the housing through the conduit to the adsorbent bed 510, Sectional area of the bed 510 and the valve 516 has a valve cross-sectional area outside the interface cross-sectional area of the adsorbent bed 510. The valve cross- In other arrangements, the valves 512 and 514 may have a valve cross-sectional area that is at least partially disposed within the stepped cross-sectional area of the adsorbent bed 510.

상술한 바와 같이, 밸브(516 및 518)는 헤드 주변부 외부에 있다[예: 흡착제 베드(510)의 계면 단면 영역 외부의 밸브 단면 영역을 갖는다]. 다이애그램(500, 520, 540 및 560)에 있어서, 흡착제 베드(510)로 전달되고 흡착제 베드로부터 멀리 안내되는 유체에 대한 상이한 유동 경로들에 상이한 구성이 제공된다. 다이애그램(500)에 대해서, 밸브(516, 518)는 각각의 도관(517, 519)을 통한 유동 경로를 제공한다. 밸브(516, 518)로부터의 유체 유동은 흡착제 베드를 통과하는 주요 유동 경로를 따르도록 전환되어야 한다. 다이애그램(520)에서, 밸브(516, 518)는 각각 도관(522, 524)을 통한 유동 경로를 제공한다. 이들 도관(522, 524)은 주요 유동 경로와 실질적으로 반대 방향으로부터 만곡된 유동 경로를 제공한다. 이와 같이, 이들 밸브(516, 518)로부터의 유체의 유동은 흡착제 베드(510)를 통과하는 주요 유동 경로를 따르도록 전환되어야 한다. 다이애그램(540)에 있어서, 밸브(516, 518)는 각각 도관(542, 544)을 통과하는 유동 경로를 제공한다. 이들 도관(542, 544)은 주요 유동 경로와 실질적으로 동일한 방향으로부터 각진 유동 경로를 제공한다. 이와 같이, 이들 밸브(516 및 518)로부터의 유체의 유동은 보다 적은 압력 강하를 겪을 수 있지만, 흡착제 베드(510)를 통과하는 주요 유동 경로를 따르도록 전환되어야 한다. 다이애그램(560)의 경우, 밸브(516 및 518)는 각각 도관(562, 564)을 통과하는 유동 경로를 제공한다. 이들 도관(562, 564)은 주요 유동 경로와 실질적으로 동일한 방향으로부터 만곡된 유동 경로를 제공한다. 이와 같이, 이들 밸브(516 및 518)로부터의 유체의 유동은 보다 적은 압력 강하를 겪을 수 있는 반면, 흡착제 베드(510)를 통과하는 주요 유동 경로를 따르도록 전환되어야 한다. As discussed above, valves 516 and 518 are external to the head periphery (e.g., having a valve cross-sectional area outside the interface cross-sectional area of the adsorbent bed 510). In Diagrams 500, 520, 540, and 560, different configurations are provided for different flow paths for fluids that are conveyed to the adsorbent bed 510 and guided away from the adsorbent bed. For Diagram 500, valves 516 and 518 provide a flow path through each conduit 517 and 519. Fluid flow from valves 516 and 518 must be switched to follow the main flow path through the adsorbent bed. In Diagram 520, valves 516 and 518 provide a flow path through conduits 522 and 524, respectively. These conduits 522 and 524 provide a curved flow path from a direction substantially opposite to the main flow path. As such, the flow of fluid from these valves 516, 518 must be switched to follow the main flow path through the adsorbent bed 510. In Diagram 540, valves 516 and 518 provide a flow path through conduits 542 and 544, respectively. These conduits 542 and 544 provide an angular flow path from substantially the same direction as the main flow path. As such, the flow of fluid from these valves 516 and 518 may undergo a lesser pressure drop but must be switched to follow the main flow path through the adsorbent bed 510. For Diagram 560, valves 516 and 518 provide a flow path through conduits 562 and 564, respectively. These conduits 562 and 564 provide a curved flow path from substantially the same direction as the main flow path. As such, the flow of fluid from these valves 516 and 518 may undergo a less pressure drop, while it must be switched to follow the main flow path through the adsorbent bed 510.

구성을 더욱 개선시키기 위해, 구조 요소가 밸브의 도관 또는 하우징 통로에 근접한 플러그 유동을 제공하기 위해 밸브로부터의 통로에 사용될 수 있다. 이는 혼합량 및 대응하는 열 손실을 어느 정도 감소시킬 수 있다. 이러한 구성은 스트림이 흡착제 베드의 안팎으로 움직일 때 온도 프론트를 관리하기 위한 각진 유동 경로를 포함할 수 있다. 따라서, 흡착제 베드로의 유동을 위한 도관 또는 하우징 내에서의 각도 및 벤드는 벤드를 통한 근접한 플러그 유동 체제를 유지해야 한다. 따라서, 벤드를 형성하는 도관 또는 하우징은 플러그 유동 밸런싱 압력 강하 및 열교환에 참여하는 열 질량을 제공하기 위해 다양한 구조 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d 및 도 6e는 본 기술의 일 실시예에 따른 다양한 구조 요소를 갖는 도관을 제공한다. 도 6a에서, 내부 통로를 9개의 개별 통로로 분할하는데 사용되는 구조 요소(602, 603, 604 및 605)를 갖는 도관의 다이애그램(600)이 도시되어 있다. 또한, 도 6b는 통로를 2개의 개별 통로로 분할하는 단일 구조 요소(612)에 대한 단면의 다이애그램(610)을 제공한다. 도 6c는 통로를 3개의 개별 통로로 분할하는 2개의 실질적으로 평행한 구조 요소(622, 624)에 대한 단면의 다이애그램(620)을 제공한다. 도 6d는 통로를 4개의 개별 통로로 분할하는 2개의 교차 구조 요소(632 및 634)(예: 서로 수직)에 대한 단면의 다이애그램(630)을 제공한다. 도 6e는 통로를 6개의 개별 통로로 분할하도록 구성된 2개의 평행한 구조 요소에 대한 2개의 평행한 구조 요소(642, 644) 및 하나의 수직 구조 요소(646)에 대한 단면의 다이애그램(640)을 제공한다. To further improve the configuration, the structural element may be used in a passageway from the valve to provide a plug flow proximate the conduit or housing passageway of the valve. This can reduce the mixing amount and the corresponding heat loss to some extent. This configuration may include an angled flow path for managing the temperature front as the stream moves in and out of the adsorbent bed. Thus, the angle and bend within the conduit or housing for the flow to the adsorbent bed must maintain a close plug flow regime through the bend. Thus, the conduit or housing forming the bend may include various structural elements to provide plug flow balancing pressure drop and thermal mass to participate in heat exchange. For example, FIGS. 6A, 6B, 6C, 6D, and 6E provide a conduit having various structural elements in accordance with one embodiment of the present technique. In Fig. 6a, a Diagram 600 of the conduit is shown having structural elements 602, 603, 604 and 605 used to divide the internal passageway into nine individual passageways. Figure 6b also provides a cross-section diagram 610 for a single structural element 612 that divides the passageway into two separate passageways. Figure 6c provides a cross-section diagram 620 for two substantially parallel structural elements 622, 624 that divide the passageway into three separate passageways. Figure 6d provides a cross-section diagram 630 for two crossing structural elements 632 and 634 (e.g., perpendicular to each other) that divide the passageway into four individual passages. Figure 6e shows two parallel structural elements 642 and 644 for two parallel structural elements configured to divide the passageway into six individual passages and a cross section diagram 640 for one vertical structural element 646. [ .

또한, 흡착제 베드 외부 영역에 대해, 충전제 요소 또는 구조체를 사용하여 사적을 감소시킬 수 있다. 충전제 구조체는 유동 경로를 관리하고 흡착제 베드 유닛 내의 사적을 줄이는데 사용될 수 있는 충전제 재료, 채널 및/또는 배플을 포함할 수 있다. 또한, 밸브 조립체와 같은 밸브는 상이한 스트림에 대한 리프트 플레이트 또는 다른 작동 기구과 같은 공통 작동 기구를 통해 작동(예: 개방 또는 폐쇄)하도록 구성될 수 있다. Also, for the area outside the adsorbent bed, filler elements or structures can be used to reduce the porosity. The filler structure may include filler materials, channels, and / or baffles that can be used to manage the flow path and reduce particulate matter in the adsorbent bed unit. In addition, valves such as valve assemblies can be configured to operate (e.g., open or close) through common operating mechanisms such as lift plates or other actuating mechanisms for different streams.

유리하게, 본 기술은 다양한 개선을 제공한다. 하나의 개선은 밸브, 도관 또는 매니폴드를 제거하지 않고 흡착제 베드를 교체할 수 있는 능력이다. 다른 개선은 허용 가능한 순환 성능을 달성하기 위해 사적을 허용 가능한 수준으로 제한하는 것이다. 또 다른 개선은 흡착제 베드 입구로의 허용 가능한 유동 분배를 유지하는 것이다. Advantageously, the technique provides various improvements. One improvement is the ability to replace the adsorbent bed without removing the valve, conduit or manifold. Another improvement is to limit the private to an acceptable level to achieve an acceptable circulation performance. Another improvement is to maintain an acceptable flow distribution to the adsorbent bed inlet.

유리하게, 본 기술은 다양한 개선을 제공한다. 하나의 개선은 밸브, 도관 또는 매니폴드를 제거하지 않고 흡착제 베드를 교체할 수 있는 능력이다. 다른 개선점은 허용 가능한 순환 성능을 달성하기 위해 사적을 허용 가능한 수준으로 제한하는 것이다. 또 다른 개선은 흡착제 베드 입구로의 허용 가능한 유동 분배를 유지하는 것이다. Advantageously, the technique provides various improvements. One improvement is the ability to replace the adsorbent bed without removing the valve, conduit or manifold. Another improvement is to limit the private to an acceptable level to achieve acceptable circulation performance. Another improvement is to maintain an acceptable flow distribution to the adsorbent bed inlet.

도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d, 도 7e 및 도 7f는 본 기술의 일 실시예에 따른 예시적인 흡착제 베드 유닛의 다이애그램(700, 720, 740, 750, 760 및 770)이다. 이들 다이애그램(700, 700, 720, 740, 750, 760 및 770)은 도 5d의 다이애그램(560)에서 흡착제 베드 유닛의 일 실시예이다. 다이애그램(700, 700, 720, 740, 750, 760 및 770)에서, 하우징(702)은 밸브 개방부(704, 706, 708 및 710), 상부 헤드(712) 및 하부 헤드(714)를 갖는 것으로 도시된다. 밸브 개방부(708, 710)는 하우징의 개별적인 도관 또는 제조된 부분일 수 있는 각각의 만곡된 본체 부분(709, 711)을 따라 하우징의 내부 영역 내로 유동 경로를 제공한다. 또한, 구조 요소(716)는 작동 중에 흡착제 베드 유닛을 지지 및 안정화시키는데 사용될 수 있다. 이 구성에서, 밸브 개방부(704 및 706)는 헤드(714)의 주변부 내에 배치되어, 밸브 개방부(704 및 706)에 설치된 임의의 밸브는 적어도 부분적으로 계면 단면 영역 내에 배치된 밸브 단면 영역을 갖는다. 밸브 개방부(708, 710)는 헤드(712)의 주변부의 외부에 배치되어, 밸브 개방부(708, 710)에 설치된 임의의 밸브는 계면 단면 영역 외부에 배치된 밸브 단면 영역을 갖는다. 7A, 7B, 7C, 7D, 7E and 7F are Diagrams 700, 720, 740, 750, 760 and 770 of an exemplary adsorbent bed unit according to an embodiment of the present technique. These Diagrams 700, 700, 720, 740, 750, 760 and 770 are one embodiment of the adsorbent bed unit in Diagram 560 of FIG. In Diagrams 700, 700, 720, 740, 750, 760 and 770, housing 702 has valve openings 704, 706, 708 and 710, an upper head 712 and a lower head 714 . The valve openings 708,710 provide a flow path into the interior region of the housing along each curved body portion 709,711 which can be a separate conduit or a manufactured portion of the housing. In addition, the structural element 716 can be used to support and stabilize the adsorbent bed unit during operation. In this configuration, the valve openings 704 and 706 are disposed within the periphery of the head 714 so that any valve installed in the valve openings 704 and 706 can be positioned at least partially in the valve cross- . The valve openings 708 and 710 are disposed outside the periphery of the head 712 so that any valve installed in the valve openings 708 and 710 has a valve cross sectional area disposed outside the interface cross sectional area.

도 7a는 흡착제 베드 유닛의 입면도의 다이애그램(700)이다. 도 7b는 도 7a의 흡착제 베드 유닛의 절단면도의 다이애그램(720)이다. 이 다이애그램(720)에서, 흡착제 베드(722)는 하우징(702) 내에 배치된다. 또한, 헤드(712)는 폐쇄 커버(724), 공급 유동 전환기(726) 및 가스켓(728)을 포함하지만, 하부 헤드(714)는 생성물 유동 전환기(730)를 포함한다. 폐쇄 커버(724)는 생성물 유동 전환기(730)를 포함하는 반면, 하부 헤드(714)는 생성물 유동 전환기(730)를 포함한다. 폐쇄 커버(724)는 사적을 줄이고 헤드(712)를 향한 유체 유동을 방해하며, 공급 유동 전환기(726)는 만곡된 본체 부분(709 또는 711)로부터 흡착제 베드(722)를 향하여 공급 스트림을 지향시키고, 가스켓(728)은 헤드(712)로부터의 외부 위치로의 유동을 방해하는 밀봉 기구를 제공한다. 생성물 공급 전환기(730)는 생성물 스트림을 흡착제 베드(722)로부터 밸브 개방부(704 또는 706) 중 하나를 향하게 한다. 도 7c는 도 7a의 흡착제 베드 유닛의 분해도의 다이애그램(740)이다. 이 다이애그램(740)에서, 흡착제 베드(722) 및 헤드(712)의 상이한 구성요소가 도시되어 있다. 예를 들어, 내부 밀봉부(742)는 임의의 유체의 유동을 방해하고 유체가 흡착제 베드(722)를 우회하는 것을 줄이거나 방지하기 위해 흡착제 베드(722)와 하우징(702) 사이에 배치된다. 또한, 베드 고정 요소(744)는 흡착제 베드(722)를 하우징(702)에 고정하는데 사용되는 반면, 고정 요소(746)는 헤드(712)를 하우징(702)에 고정하는데 사용된다. 도 7d는 도 7a의 흡착제 베드 유닛의 상부의 절단면도의 다이애그램(750)인 반면, 도 7e는 도 7a의 흡착제 베드 유닛의 상부 부분의 대안 절단면도의 다이애그램(760)이다. 도 7f는 도 7a의 흡착제 베드 유닛의 하부 부분의 절단면도의 다이애그램(770)이다. 이 다이애그램(770)에서, 열 팽창 링(772)은 흡착제 베드(722)와 헤드(714) 사이에 배치된다. 열 팽창 링(772)은 흡착제 베드를 동심원 형태로 고정하고, 흡착제 베드(722)의 축방향 열 팽창을 제공하는 인장 링일 수 있다. 7A is a Diagram 700 of the elevation of the adsorbent bed unit. FIG. 7B is a Diagram 720 of a cross-sectional view of the adsorbent bed unit of FIG. 7A. In this Diagram 720, the adsorbent bed 722 is disposed within the housing 702. The lower head 714 also includes a product flow diverter 730, although the head 712 includes a closing cover 724, a feed flow diverter 726, and a gasket 728. Closure cover 724 includes product flow diverter 730 while lower head 714 includes product flow diverter 730. Closing closure 724 reduces the volume and disrupts fluid flow towards head 712 and feed flow diverter 726 directs the feed stream from curved body portion 709 or 711 toward adsorbent bed 722 , Gasket 728 provides a sealing mechanism that prevents flow from the head 712 to an external position. The product feed converter 730 directs the product stream from the adsorbent bed 722 to one of the valve openings 704 or 706. 7C is a Diagram 740 of an exploded view of the adsorbent bed unit of FIG. 7A. In Diagram 740, different components of adsorbent bed 722 and head 712 are shown. For example, the inner seal 742 is disposed between the adsorbent bed 722 and the housing 702 to impede the flow of any fluid and to prevent or prevent fluid from bypassing the adsorbent bed 722. The bed anchoring element 744 is also used to secure the adsorbent bed 722 to the housing 702 while the anchoring element 746 is used to secure the head 712 to the housing 702. Figure 7d is a Diagram 750 of an upper cut-away view of the adsorbent bed unit of Figure 7a while Figure 7e is a Diagram 760 of an alternate section view of the upper portion of the adsorbent bed unit of Figure 7a. Figure 7f is a Diagram 770 of a cut-away view of the lower portion of the adsorbent bed unit of Figure 7a. In this Diagram 770, a thermal expansion ring 772 is disposed between the adsorbent bed 722 and the head 714. The thermal expansion ring 772 may be a tension ring that holds the adsorbent bed concentrically and provides axial thermal expansion of the adsorbent bed 722.

다이애그램(700, 700, 720, 740, 750, 760 및 770)의 흡착제 베드 유닛은 스윙 흡착 공정을 수행하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 스윙 흡착 공정은 순환을 형성하는 공급 단계 및 재생 단계(예: 퍼지 단계)를 포함한다. 공급 단계는 공급물 스트림을 밸브 개방부(708)를 통해 흡착제 베드(722)로 통과시키고 생성물 스트림을 밸브 개방부(704)를 통해 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 일단 공급물 스트림이 차단되면, 재생 단계는 하나 이상의 감압 단계 및/또는 하나 이상의 퍼지 단계를 포함할 수 있다. 감압 단계는 흡착제 베드(722)로부터 밸브 개방부(710)를 통해 유체를 유동시키는 것을 포함할 수 있지만, 퍼지 단계는 밸브 개방부(706)를 통해 흡착제 베드(722)로 퍼지 스트림을 통과시키고 퍼지 벤트 스트림을 흡착제 베드(722)로부터 밸브 개방부(710)를 통해 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 추가의 공정 스트림이 다른 실시예에서 추가의 밸브를 갖는 공정에 포함될 수 있다. The adsorbent bed units of Diagrams 700, 700, 720, 740, 750, 760 and 770 can be used to perform the swing adsorption process. For example, the swing adsorption process includes a feed step and a regeneration step (e.g., purge step) that form the circulation. The feed step may include passing the feed stream through valve opening 708 to adsorbent bed 722 and passing the product stream through valve opening 704. [ Once the feed stream is blocked, the regeneration step may include one or more depressurization steps and / or one or more purge steps. The purge step may include passing the purge stream through the valve opening 706 to the adsorbent bed 722 and purge the adsorbent bed 722 to the adsorbent bed 722. The purge step may include flowing the fluid from the adsorbent bed 722 through the valve opening 710, Vent stream from the adsorbent bed 722 through the valve opening 710. As can be appreciated, additional process streams may be included in the process with additional valves in other embodiments.

이해할 수 있는 바와 같이, 헤드들 중 하나의 베인 또는 전환기는 흡착제 베드로부터 또는 흡착제 베드를 통한 유체의 유동을 관리하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 7b에 도시된 바와 같이, 공급 유동 전환기(726)[예: 헤드(712) 내의 베인]의 각도는 내부에 진입하는 각각의 만곡된 본체 부분(709 또는 711)(예: 밸브 도관)의 각도와 대략 동일할 수 있고 이 각도는 도관 및/또는 베인의 최내부 표면이 흡착제 베드(722)의 반대 에지로 선형으로 돌출하도록 선택되어, 전체 흡착제 베드(722)를 가로질러 유동을 분배할 수 있다. 상이한 구성에서, 만곡된 본체 부분(709 또는 71)과 같은 밸브 도관은 주요 흡착제 유동 방향과 실질적으로 수직일 수 있고 서로 직접 대향할 수 있다(예: 도 5a에 도시된 바와 같이). 이러한 구성들에서, 전환기 또는 베인은 유체 유동 경로를 편향시켜 하나의 도관으로부터의 유동이 반대편 도관을 향하여 직접 안내되어 진입하는 것을 방지할 수 있다. 만곡된 도관 또는 본체 부분은 유체가 도관과 흡착제 베드 사이를 통과함에 따라 임의의 압력 강하를 감소시킨다. 또한, 압력 강하를 감소시키는 것 이외에, 밸브 도관 또는 본체 부분의 만곡된 형상은 밸브의 수직 배향을 유지하는데 사용될 수 있으며, 이는 밸브 구성요소의 불균일한 하중으로 인해 밸브(예: 밸브 스템)의 마모를 감소시킬 수 있다. As can be appreciated, a vane or diverter of one of the heads can be configured to manage the flow of fluid from or through the adsorbent bed. 7B, the angle of the feed flow diverter 726 (e.g., the vane in the head 712) may be determined by the angle of each curved body portion 709 or 711 (e.g., Conduit) and this angle may be selected such that the innermost surface of the conduit and / or vane is linearly projected to the opposite edge of the adsorbent bed 722 to cause flow across the entire adsorbent bed 722 Can be distributed. In different configurations, valve conduits, such as curved body portions 709 or 71, can be substantially perpendicular to the main adsorbent flow direction and can directly face each other (e.g., as shown in Figure 5A). In such arrangements, the diverter or vane deflects the fluid flow path so that the flow from one conduit can be prevented from being guided directly into the opposite conduit. The curved conduit or body portion reduces any pressure drop as fluid passes between the conduit and the adsorbent bed. Further, besides reducing the pressure drop, the curved shape of the valve conduit or body portion can be used to maintain the vertical orientation of the valve, which can result in wear (e.g., valve stem) wear of the valve Can be reduced.

도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 기술의 일 실시예에 따른 흡착제 베드 유닛 및 관련 열 팽창 링의 일부의 다이애그램(800, 820 및 840)이다. 다이애그램(800, 820 및 840)은 상이한 구성의 흡착제 베드(802) 및 열 팽창 링(804)의 부분을 포함한다. 8A, 8B and 8C are Diagrams 800, 820 and 840 of an adsorbent bed unit and a portion of an associated thermal expansion ring, according to one embodiment of the present technique. Diagrams 800, 820, and 840 include portions of adsorbent beds 802 and thermal expansion rings 804 of different configurations.

예를 들어, 도 8a는 흡착제 베드(802)의 일부 및 열 팽창 링(804)의 일부의 예시적인 실시예의 부분 절결도(800)이다. 언로딩 상태 또는 팽창 상태인 열 팽창 링(804)은 흡착제 베드(802)와 흡착제 베드 유닛의 하우징 또는 헤드(미도시) 사이에 배치된다. 도 8b는 흡착제 베드 유닛의 하우징(824) 내의 흡착제 베드(802) 및 열 팽창 링(804)의 일부의 분해도(820)의 부분 절개도이다. 이 다이애그램(820)에서, 열 팽창 링(804)은 흡착제 베드(802)와 헤드(822) 사이에 배치되지만, 언로드되거나 팽창된 상태로 남아있다. 도 8c는 흡착제 베드 유닛의 하우징(824) 내의 흡착제 베드(802) 및 열 팽창 링(804)의 일부의 다이애그램(820)의 부분 절개도이다. 이 다이애그램(840)에서, 열 팽창 링(804)은 흡착제 베드(802)와 헤드(822) 사이에 배치되어 압축된 상태에 있다. 열 팽창 링(804)은 로딩 또는 압축 상태에서 가요성을 제공하기 위해 다양한 노치(842)를 포함한다. For example, FIG. 8A is a partial cut-away view 800 of an exemplary embodiment of a portion of a sorbent bed 802 and a portion of a thermal expansion ring 804. FIG. A thermal expansion ring 804 in the unloaded or expanded state is disposed between the adsorbent bed 802 and the housing or head (not shown) of the adsorbent bed unit. 8B is a partial cutaway view of an exploded view 820 of a portion of the adsorbent bed 802 and the thermal expansion ring 804 in the housing 824 of the adsorbent bed unit. In this Diagram 820, a thermal expansion ring 804 is disposed between the adsorbent bed 802 and the head 822, but remains unloaded or expanded. 8C is a partial cutaway view of the Diagram 820 of the adsorbent bed 802 and the portion of the thermal expansion ring 804 in the housing 824 of the adsorbent bed unit. In this Diagram 840, a thermal expansion ring 804 is disposed between the adsorbent bed 802 and the head 822 and is in a compressed state. The thermal expansion ring 804 includes various notches 842 to provide flexibility in a loaded or compressed state.

이해할 수 있는 바와 같이, 열 팽창 링(804)은 흡착제 베드(802)를 지지하기 위해 상이한 개선을 갖는다. 예를 들어, 열 팽창 링의 곡률은 언로딩 상태로부터 압축된 상태로 구부러지도록 구성된다. 또한, 열 팽창 링(804)의 노치(842)는 열 팽창 링(804)의 피로를 줄이는데 사용될 수 있다. 또한, 열 팽창 링(804)은 강철과 같은 재료로 제조될 수 있다. As can be appreciated, the thermal expansion ring 804 has different improvements to support the adsorbent bed 802. For example, the curvature of the thermal expansion ring is configured to bend from the unloaded state to the compressed state. Notches 842 of the thermal expansion ring 804 may also be used to reduce the fatigue of the thermal expansion ring 804. In addition, the thermal expansion ring 804 can be made of a material such as steel.

도 9a, 도 9b, 도 9c, 도 9d 및 도 9e는 본 기술의 일 실시예에 따른 캐치 기구의 다이애그램(900, 920, 940, 960 및 970)이다. 이러한 캐치 기구는 흡착제 베드를 교환하는 것과 같은 유지보수 작업 중에 흡착제 베드의 내부 영역으로 떨어질 수 있는 이물질 박편을 편향시키는데 사용될 수 있다. 캐치 기구는 흡착제 베드 유닛의 하부 헤드 또는 부분 내의 재료에 대한 경로 및 접근을 제공할 수 있다. 9A, 9B, 9C, 9D and 9E are Diagrams 900, 920, 940, 960 and 970 of the catch mechanism according to an embodiment of the present technique. Such a catch mechanism may be used to deflect foreign matter flakes that may fall into the interior region of the adsorbent bed during maintenance operations, such as replacing the adsorbent bed. The catch mechanism can provide a path and access to the material in the lower head or portion of the adsorbent bed unit.

예를 들어, 도 9a 및 도 9b는 흡착제 베드 유닛용 캐치 기구의 예시적인 실시예이다. 이들 다이애그램(900 및 920)에서, 도 4a 내지 도 4b, 도 5a 내지 도 5d 또는 도 7a 내지 도 7f의 흡착제 베드 유닛들 중 하나일 수 있는 흡착제 베드 유닛의 일부가 도시되어 있다. 이들 다이애그램(900 및 920)에서, 흡착제 베드 유닛의 일부는 본체 부분 또는 하우징(904) 및 헤드(906) 내에 배치된 흡착제 베드(902)를 포함한다. 밸브(908 및 910)와 같은 밸브들은 헤드(906)에 부착되어서, 흡착제 베드(902)와 외부 위치 사이의 유동 경로를 제공한다. For example, Figures 9A and 9B are exemplary embodiments of a catch mechanism for an adsorbent bed unit. In these Diagrams 900 and 920, a portion of the adsorbent bed unit, which can be one of the adsorbent bed units of Figures 4a-4b, 5a-5d or 7a-7f, is shown. In these Diagrams 900 and 920, a portion of the adsorbent bed unit includes a body portion or housing 904 and an adsorbent bed 902 disposed within the head 906. Valves such as valves 908 and 910 are attached to the head 906 to provide a flow path between the adsorbent bed 902 and the external location.

유지보수 동안 흡착제 베드 유닛 내의 박편을 편향시키기 위해, 스윙 흡착 작업 동안 밀봉을 제공하고 흡착제 베드 유닛의 내부 영역으로부터 박편을 제거하는데 캐치 기구가 사용될 수 있다. 캐치 기구는 유지보수 포트(912) 및 박편 포일(914)을 포함할 수 있다. 다이애그램(900)에서, 박편 포일(914)은 유지보수 포트(912)를 통해 배치되고, 내부 영역으로 들어가고 헤드(906)를 향하여 이동되는 임의의 박편들이 캐치 플랫(914)에 의해 밸브(908 및 910)로부터 차단되도록 각도형성된다. 다이애그램(920)에서, 박편 포일(914)이 제거되고 플러그(미도시)가 유지보수 포트(912) 내로 설치된다. 플러그는 포트를 밀봉하고 유지보수 포트(912)와 흡착제 베드 유닛의 내부 영역의 외부 위치 사이의 유체 유동을 방지하는데 사용될 수 있다. A catch mechanism may be used to provide a seal during swing adsorption operation and to remove flakes from the interior area of the adsorbent bed unit, in order to deflect the flakes in the adsorbent bed unit during maintenance. The catch mechanism may include a maintenance port 912 and a foil foil 914. In diagram 900, the foil foil 914 is disposed through the maintenance port 912 and any flakes entering the interior region and moving toward the head 906 are received by the catch flats 914 through the valve 908 And 910, respectively. At Diagram 920, the foil foil 914 is removed and a plug (not shown) is installed into the maintenance port 912. The plug can be used to seal the port and prevent fluid flow between the maintenance port 912 and the external location of the interior region of the adsorbent bed unit.

다른 예로서, 도 9c, 도 9d 및 도 9e는 흡착제 베드 유닛에 대한 다른 캐치 기구의 예시적인 실시예이다. 이들 다이애그램(940, 960 및 970)에서, 흡착제 베드 유닛의 일부가 도시되어 있으며, 이는 하부 밸브 배치 및 관련 헤드를 제외한 상태에서, 도 4a 내지 도 4b, 도 5a 내지 도 5d 또는 도 7a 내지 도 7f의 흡착제 베드 유닛과 유사할 수 있다. 이들 다이애그램(940, 960 및 970)에서, 흡착제 베드 유닛의 일부는 본체 부분 또는 하우징(944) 및 헤드(946) 내에 배치된 흡착제 베드(942)를 포함한다. 포핏 밸브(948 및 950)와 같은 밸브는 헤드(946)에 부착되어서, 흡착제 베드(942)와 외부 위치 사이에 유체 유동 경로를 제공한다. As another example, Figures 9c, 9d, and 9e are illustrative examples of other catch mechanisms for the adsorbent bed unit. In these Diagrams 940, 960, and 970, a portion of the adsorbent bed unit is shown, which is shown in Figures 4A-4B, 5A-5D, or 7A- 7f. ≪ / RTI > In these Diagrams 940, 960 and 970, a portion of the adsorbent bed unit includes a body portion or housing 944 and an adsorbent bed 942 disposed within the head 946. Valves such as poppet valves 948 and 950 are attached to the head 946 to provide a fluid flow path between the adsorbent bed 942 and the external location.

상기 구성과 유사하게, 스윙 흡착 작동 중에 밀봉을 제공하고 흡착제 베드 유닛의 내부 영역으로부터 박편을 제거하기 위해 캐치 기구가 사용될 수 있다. 캐치 기구는 유지보수 포트(952) 및 박편 포일(954) 및 캐치 플러그(956)를 포함할 수 있다. 도 9c의 다이애그램(940)에서, 박편 포일(954)은 유지보수 포트(952)를 통해 배치되고 내부 영역으로 들어가고 헤드(956)를 향하여 이동하는 임의의 박편이 박편 포일(954)에 의해 밸브(948 및 950)로부터 차단되도록 각도형성된다. 또한, 캐치 플러그(956)는 유지보수 포트(952) 내의 박편 포일(954) 및 흡착제 베드 유닛의 상기 부분에 대한 접근을 제공하기 위해 유지보수 포트(952)로부터 결합해제된다. 도 9d의 다이애그램(960)에서, 박편 포일(954)은 제거되고 캐치 플러그(956)는 체결구에 의해서 유지보수 포트(952)에 설치된다. 캐치 플러그(956)는 포트를 밀봉하고 유지보수 포트(952)와 흡착제 베드 유닛의 내부 영역 외부 위치의 임의의 유체 유동을 방해하는데 사용될 수 있다. 도 9e의 다이애그램(970)에서, 도 9c 및 도 9d의 흡착제 베드 유닛의 일부의 평면도가 도시되어 있다. Similar to the above configuration, a catch mechanism may be used to provide a seal during a swing adsorption operation and to remove flakes from the interior region of the adsorbent bed unit. The catch mechanism may include a maintenance port 952 and a foil foil 954 and a catch plug 956. In Diagram 940 of Figure 9c, the foil foil 954 is disposed through the maintenance port 952 and any flakes entering the interior region and moving toward the head 956 are removed by the foil foil 954, (948 and 950). The catch plug 956 is also disengaged from the maintenance port 952 to provide access to the foil foil 954 in the maintenance port 952 and the portion of the adsorbent bed unit. In Diagram 960 of Figure 9d, the foil foil 954 is removed and the catch plug 956 is installed in the maintenance port 952 by a fastener. The catch plug 956 may be used to seal the port and to interfere with any fluid flow outside the interior region of the adsorbent bed unit and the maintenance port 952. In Diagram 970 of Figure 9e, a top view of a portion of the adsorbent bed unit of Figures 9c and 9d is shown.

도 10a, 도 10b 및 도 10c는 본 기술의 일 실시예에 따른 4개의 흡착제 베드 유닛 및 상호 연결 파이프를 갖는 스윙 흡착 시스템의 3차원 다이애그램(1000, 1020 및 1040)이다. 이 구성은 스키드의 특정 예이지만, 이 특정 구성은 다른 수의 흡착제 베드 유닛을 포함할 수 있는 예시적인 목적을 위한 것이다. 10A, 10B, and 10C are three dimensional diagrams 1000, 1020, and 1040 of a swing adsorption system having four adsorbent bed units and interconnecting pipes in accordance with one embodiment of the present technique. While this configuration is a specific example of a skid, this particular configuration is for illustrative purposes that may include other numbers of adsorbent bed units.

이 시스템에서, 흡착제 베드 유닛(1002)과 같은 흡착제 베드 유닛은 공급물 스트림(예: 유체, 가스 또는 액체)으로부터 오염물들을 제거하기 위한 순환 스윙 흡착 공정을 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 흡착제 베드 유닛(1002)은 흡착제 베드 유닛(1002) 내의 흡착제 베드를 통과하는, 흡착제 베드로의 또는 흡착제 베드로부터의 유체 유동을 관리하기 위한 다양한 도관[예: 도관(1004)]을 포함할 수 있다. 흡착제 베드 유닛(1002)으로부터의 도관은 매니폴드[예: 매니폴드(1006)]에 결합되어서 구성요소로 또는 구성요소로부터 또는 구성요소들 사이에서 스트림의 유동을 분배한다. 흡착제 베드 유닛 내의 흡착제 베드는 공급물 스트림으로부터 하나 이상의 오염물을 분리하여 생성물 스트림을 형성할 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 흡착제 베드 유닛은 퍼지 스트림, 감압 스트림 등과 같은 공정의 일부로서 다른 유체 증기를 제어하기 위한 다른 도관을 포함할 수 있다. In this system, an adsorbent bed unit, such as adsorbent bed unit 1002, may be configured for a circulating swing adsorption process to remove contaminants from a feed stream (e.g., fluid, gas or liquid). For example, the adsorbent bed unit 1002 includes various conduits (e.g., conduits 1004) for managing fluid flow to and from the adsorbent beds through the adsorbent beds in the adsorbent bed unit 1002 can do. A conduit from the adsorbent bed unit 1002 is coupled to a manifold (e.g., manifold 1006) to distribute the flow of the stream to or from the component or between the components. The adsorbent bed in the adsorbent bed unit may separate one or more contaminants from the feed stream to form a product stream. As can be appreciated, the adsorbent bed unit may include other conduits for controlling other fluid vapors as part of a process such as a purge stream, a reduced pressure stream, and the like.

스윙 흡착 시스템의 이러한 구성은 공정의 작동을 다양하게 개선시킨다. 예를 들어, 시스템은 외부 [예: 헤드(1008)의 주변부 및 흡착제 베드(미도시)의 계면 단면 영역 외부] 위치들에 배치된 상부 또는 제 1 헤드(1008)와 같은 헤드들 중 하나를 위한 밸브를 포함한다. 헤드(1010)와 같은 하부 또는 제 2 헤드용 다른 밸브는 적어도 부분적으로 제 2 헤드의 주변부 또는 흡착제 베드의 계면 단면 영역 내에 배치된다. 이러한 방식으로, 흡착제 베드 유닛 내의 흡착제 베드는 임의의 밸브, 도관 및/또는 매니폴드를 제거하지 않고도 접근될 수 있다. This configuration of the swing adsorption system improves the operation of the process variously. For example, the system may be configured for one of the heads, such as the top or first head 1008, disposed at external (e.g., the periphery of the head 1008 and outside the interfacial cross-sectional area of the sorbent bed (not shown) Valve. Such as the head 1010, or other valve for the second head is disposed at least partially within the interface section region of the second head or adsorbent bed. In this manner, the adsorbent bed in the adsorbent bed unit can be accessed without removing any valves, conduits and / or manifolds.

도 11a, 도 11b, 도 11c, 도 11d, 도 11e 및 도 11f는 본 발명의 일 실시예에 따른 대안 밸브 조립체 및 매니폴드를 갖는 흡착제 베드 유닛의 일부의 다이애그램(1100, 1110, 1120, 1130, 1140 및 1150)이다. 대안 밸브 구성은 스키드에서 설비의 분배를 관리하는데 사용될 수 있다. 11A, 11B, 11C, 11D, 11E and 11F illustrate an alternative valve assembly according to an embodiment of the present invention and a portion of the adsorbent bed unit with manifolds 1100, 1110, 1120, 1130 , 1140 and 1150). Alternative valve configurations can be used to manage the distribution of equipment in the skid.

예를 들어, 도 11a 및 도 11b는 흡착제 베드 유닛의 일부에 대한 제 1 대안 실시예의 예시적인 실시예이다. 이들 다이애그램(1100, 1110)에는, 도 4a 내지 도 4b, 도 5a 내지 도 5d 또는 도 7a 내지 도 7f의 흡착제 베드 유닛들 중 하나일 수 있는 흡착제 베드 유닛의 일부가 도시되어 있다. 이들 다이애그램(1100 및 1110)에서, 흡착제 베드 유닛의 일부는 본체 부분 또는 하우징(1104) 및 헤드(1106) 내에 배치된 흡착제 베드(미도시)를 수용하기 위한 내부 영역(1102)을 포함한다. 포핏 밸브(1107 및 1108)와 같은 밸브들은 헤드(1106)에 부착되어 흡착제 베드와 외부 위치 사이에 유체 유동 경로를 제공한다. 이 구성의 밸브는 동일한 작동 평면에서 비반대편 밸브로서 배치된다. 다이애그램(1100)은 흡착제 베드 유닛의 일부의 평면도이고, 도 11b의 다이애그램(1110)은 흡착제 베드 유닛의 일부의 측면도이다. 이 다이애그램(1110)에서, 캐치 기구(1112)는 도 9a 내지 도 9e를 참조하여 상술된 바와 같이 작동할 수 있는 헤드(1106)의 하부 부분에 배치된다.For example, FIGS. 11A and 11B are exemplary embodiments of a first alternative embodiment for a portion of an adsorbent bed unit. These Diagrams 1100 and 1110 show a portion of the adsorbent bed unit which can be one of the adsorbent bed units of Figures 4a to 4b, 5a to 5d or 7a to 7f. In these Diagrams 1100 and 1110, a portion of the adsorbent bed unit includes an interior region 1102 for receiving a body portion or housing 1104 and an adsorbent bed (not shown) disposed within the head 1106. Valves such as poppet valves 1107 and 1108 are attached to the head 1106 to provide a fluid flow path between the adsorbent bed and the exterior location. The valves of this configuration are arranged as non-opposed valves in the same operating plane. Diagram 1100 is a plan view of a portion of the adsorbent bed unit and Diagram 1110 of Fig. 11b is a side view of a portion of the adsorbent bed unit. In this Diagram 1110, the catch mechanism 1112 is disposed in the lower portion of the head 1106, which is operable as described above with reference to Figures 9A-9E.

다른 예로서, 도 11c 및 도 11d는 흡착제 베드 유닛의 일부에 대한 제 2 대안 실시예의 예시적인 실시예이다. 이들 다이애그램(1120, 1130)에는, 도 4a 내지 도 4b, 도 5a 내지 도 5d, 도 7a 내지 도 7f 또는 도 8c 내지 도 8e의 흡착제 베드 유닛들 중 하나일 수 있는 흡착제 베드 유닛의 일부가 도시되어 있다. 이들 다이애그램(1120 및 1130)에서, 흡착제 베드 유닛의 일부는 본체 부분 또는 하우징(1124) 및 헤드(1126) 내에 배치된 흡착제 베드(1122)를 포함한다. 포핏 밸브(1127 및 1128)와 같은 밸브는 헤드(1126)에 부착되어서 흡착제 베드와 외부 위치 사이의 유체 유동 경로를 제공한다. 이 구성의 밸브는 반대 방향으로의 대안 밸브 배치로서 배치된다. 다이애그램(1120)은 흡착제 베드 유닛의 일부의 평면도이고, 다이애그램(1130)은 흡착제 베드 유닛의 일부의 측면도이다. 이 다이애그램(1130)에서, 캐치 기구(1132)는 도 9c 내지 도 9e를 참조하여 상술한 바와 같이 작동할 수 있는 헤드(1126)의 하부 부분에 배치된다.As another example, Figures 11C and 11D are exemplary embodiments of a second alternative embodiment for a portion of the adsorbent bed unit. In these Diagrams 1120 and 1130, a portion of the adsorbent bed unit, which can be one of the adsorbent bed units of Figures 4a to 4b, 5a to 5d, 7a to 7f or 8c to 8e, . In these Diagrams 1120 and 1130, a portion of the adsorbent bed unit includes a body portion or housing 1124 and an adsorbent bed 1122 disposed within the head 1126. Valves, such as the poppet valves 1127 and 1128, are attached to the head 1126 to provide a fluid flow path between the adsorbent bed and the external location. The valves of this configuration are arranged as an alternative valve arrangement in the opposite direction. Diagram 1120 is a plan view of a portion of the adsorbent bed unit and Diagram 1130 is a side view of a portion of the adsorbent bed unit. In this Diagram 1130, the catch mechanism 1132 is disposed in the lower portion of the head 1126, which can operate as described above with reference to Figures 9C-9E.

또 다른 예로서, 도 11e 및 도 11f는 흡착제 베드 유닛의 일부에 대한 제 3 대안 실시예의 예시적인 실시예이다. 이들 다이애그램(1140, 1150)에는, 도 4a 내지 도 4b, 도 5a 내지 도 5d, 도 7a 내지 도 7f의 흡착제 베드 유닛들 중 하나일 수 있는 흡착제 베드 유닛의 일부가 도시되어 있다. 이러한 다이애그램(1140 및 1150)에서, 흡착제 베드 유닛의 일부는 본체 부분 또는 하우징(1144) 및 헤드(1146) 내에 배치된 흡착제 베드(1142)를 포함한다. 포핏 밸브(1147, 1148)와 같은 밸브는 헤드(1146)에 부착되어서 흡착제 베드와 외부 위치 사이에 유체 유동 경로를 제공한다. 이 구성의 밸브는 동일한 작동 평면에서 대안 배치로 배치된다. 다이애그램(1140)은 흡착제 베드 유닛의 일부의 평면도이고, 다이애그램(1150)은 흡착제 베드 유닛의 일부의 측면도이다. As another example, FIGS. 11E and 11F are exemplary embodiments of a third alternative embodiment for a portion of the adsorbent bed unit. These Diagrams 1140 and 1150 show a portion of the adsorbent bed unit, which can be one of the adsorbent bed units of Figures 4a-4b, 5a-5d, and 7a-7f. In these Diagrams 1140 and 1150, a portion of the adsorbent bed unit includes a body portion or housing 1144 and an adsorbent bed 1142 disposed within the head 1146. A valve, such as poppet valves 1147 and 1148, is attached to head 1146 to provide a fluid flow path between the adsorbent bed and the external location. The valves of this configuration are arranged in an alternative arrangement in the same operating plane. Diagram 1140 is a plan view of a portion of the adsorbent bed unit and Diagram 1150 is a side view of a portion of the adsorbent bed unit.

또 다른 구성에서, 도 12는 본 기술의 일 실시예에 따른 음향 감쇠 시스템에 배치된 흡착제 베드 유닛(1202)의 3 차원 다이애그램(1200)이다. 이 구성에서, 흡착제 베드 유닛(1202)은 밸브(1204, 1205, 1206 및 1207)와 같은 다양한 포핏 밸브를 포함한다. 고속 스윙 흡착 공정을 위한 이들 포핏 밸브의 작동은 다량의 소음을 생성할 수 있다. 따라서, 흡착제 베드 유닛(1202)으로부터 생성된 소리를 억제하기 위해 음향 감쇠 시스템이 사용될 수 있다. 상기 음향 감쇠 시스템은 흡착제 베드 유닛(1202) 주위에 배치된 다양한 음향 패널(1210, 1212, 1214, 1216, 1218 및 1220)을 포함할 수 있다. 이들 음향 패널(1210, 1212, 1214, 1216, 1218 및 1220)은 음향 감쇠 시스템 내의 음향 파를 반사시키도록 구성되거나 또는 흡착제 베드 유닛에 의해 생성된 음향 파의 일부를 흡수하도록 구성될 수 있다. 12 is a three dimensional diagram 1200 of an adsorbent bed unit 1202 disposed in an acoustic damping system according to one embodiment of the present technology. In this configuration, the adsorbent bed unit 1202 includes a variety of poppet valves, such as valves 1204, 1205, 1206, and 1207. The operation of these poppet valves for a fast swing adsorption process can produce large amounts of noise. Thus, an acoustic damping system can be used to suppress the sound produced from the adsorbent bed unit 1202. [ The acoustic damping system may include various acoustic panels 1210, 1212, 1214, 1216, 1218 and 1220 disposed around the adsorbent bed unit 1202. These acoustic panels 1210, 1212, 1214, 1216, 1218 and 1220 may be configured to reflect acoustic waves within the acoustic attenuation system or may be configured to absorb a portion of the acoustic waves produced by the adsorbent bed unit.

이해할 수 있는 바와 같이, 음향 감쇠 시스템은 다양한 개선을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 음향 감쇠 층[예: 음향 패널(1210, 1212, 1214, 1216, 1218 및 1220)]의 주위에 제 2 음향 감쇠 층을 형성함으로써 음향 패널(1210, 1212, 1214, 1216, 1218 및 1220)을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 또한, 다른 예로서, 하나 이상의 엔클로저가 밸브들(1204, 1205, 1206 및 1207)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. As can be appreciated, the acoustic attenuation system may further include various improvements. For example, acoustic panels 1210, 1212, 1214, 1216, 1216, 1216, 1216, 1212, 1212, 1212, 1218 and 1220, respectively. Further, as another example, one or more enclosures may be disposed to surround the valves 1204, 1205, 1206, and 1207.

이해될 수 있는 바와 같이, 본 기술은 스윙 흡착 공정을 개선시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하는 공정은 하나 이상의 흡착 단계 및 하나 이상의 퍼지 단계를 수행하는 것을 포함할 수 있다. 흡착제 베드 유닛에서 하나 이상의 흡착 단계를 수행함에 있어서, 각각의 흡착 단계는 (i) 가스 공급물 스트림을 공급물 입구 도관으로부터 흡착제 베드 유닛의 하우징의 내부 영역에 배치된 흡착제 베드로 통과시키기 위해 복수의 공급물 포핏 밸브를 개방시키는 단계, 그리고 (ii) 가스 공급물 스트림으로부터 하나 이상의 오염물을 분리시켜 생성물 스트림을 형성하기 위해 가스 공급물 스트림을 흡착제 베드에 노출시키는 단계 및 (iii) 하우징 내의 내부 영역으로부터 생성물 도관으로 생성물 스트림을 멀리 안내하기 위해 하나 이상의 생성물 포핏 밸브를 개방시키는 단계를 포함한다. 복수의 공급물 포핏 밸브들 각각은 공급물 입구 도관과 직접 유동 교통할 수 있고 하우징 외부의 위치로부터 공급물 입구 도관을 통해 그리고 흡착제 베드로 연장되는 유동 경로를 따라 유체 유동을 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 흡착제 베드의 한 단부에 대한 복수의 포핏 밸브들 중 적어도 하나는 흡착제 베드의 계면 단면 영역 외부에 배치된 밸브 단면 영역을 갖는다. 다른 단부 또는 제 2 단부에서, 흡착제 베드의 다른 단부에 대한 복수의 포핏 밸브들 중 적어도 하나는 흡착제 베드의 계면 단면 영역 내에 적어도 부분적으로 배치된 밸브 단면 영역을 갖는다. 또한, 하나 이상의 퍼지 단계를 수행함에 있어서, 하나 이상의 퍼지 단계 각각은 퍼지 출력 스트림에서 하나 이상의 오염물의 적어도 일부를 멀리 안내하기 위해 퍼지 스트림을 흡착제 베드 유닛 내로 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 그 다음, 흡착 및 퍼지 단계는 적어도 하나의 추가 순환 동안 반복될 수 있고, 상기 순환 지속 시간은 1초 초과 600초 미만의 기간이다. As can be appreciated, the technique can be used to improve the swing adsorption process. For example, the process of removing contaminants from a feed stream can include performing at least one adsorption step and at least one purge step. In performing one or more adsorption steps in the adsorbent bed unit, each adsorption step comprises the steps of: (i) providing a plurality of feeds to pass the gas feed stream from the feed inlet conduit to an adsorbent bed disposed in an interior region of the housing of the adsorbent bed unit; (Ii) separating one or more contaminants from the gas feed stream to expose the gas feed stream to the adsorbent bed to form a product stream; and (iii) And opening at least one product poppet valve to guide the product stream away to the conduit. Each of the plurality of feed poppet valves may be configured to provide direct fluid communication with the feed inlet conduit and to control fluid flow from a location external to the housing through the feed inlet conduit and along the flow path extending to the adsorbent bed. Also, at least one of the plurality of poppet valves for one end of the adsorbent bed has a valve cross-sectional area disposed outside the interface cross-sectional area of the adsorbent bed. At the other end or at the second end, at least one of the plurality of poppet valves for the other end of the adsorbent bed has a valve cross-sectional area at least partially disposed within the interface cross-sectional area of the adsorbent bed. Further, in performing the at least one purge step, each of the at least one purge step may comprise passing the purge stream into the adsorbent bed unit to guide at least a portion of the at least one contaminant in the purge output stream. The adsorption and purge steps can then be repeated for at least one additional cycle, and the cycle duration is between 1 second and less than 600 seconds.

또한, 공정은 다른 개선 사항을 포함할 수 있다. 예를 들어, 공정은 복수의 밸브를 개방하기 위해 공통 작동 기구를 이동시키는 단계; 상기 가스 공급물 스트림을 상기 흡착제 베드에 인접하게 배치된 충전제 재료 주위의 유동 경로를 통과시키는 단계; 흡착제 베드와 복수의 공급물 포핏 밸브들 사이에 배치된 유동 분배기를 통해 가스 공급물 스트림을 흡착제 베드에 분배하는 단계; 및/또는 적어도 하나의 공급 밸브 스템에 연결된 공급 디스크 요소와 흡착제 베드 유닛의 하우징에 고정된 공급 시트 사이에 공급 개방부를 제공하기 위해 적어도 하나의 공급 밸브 스템에서 공급 작동 기구과 함께 선형으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 공정은 1초 초과 90초 미만의 기간 동안 하나 이상의 오염물을 가스 공급물 스트림으로부터 분리하여 생성물 스트림을 형성시키는 순환 지속 기간; 공급물 스트림의 총 용적을 기준으로 1 용적% 초과의 탄화수소 함유 스트림인 가스 공급물 스트림을 제공하는 단계; 및/또는 흡착 단계 동안 400 psia(pounds per square inch absolute) 내지 1,400 psia 범위의 공급 압력을 유지하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the process may include other improvements. For example, the process may include moving a common actuating mechanism to open a plurality of valves; Passing the gas feed stream through a flow path around a filler material disposed adjacent the adsorbent bed; Distributing the gas feed stream to the adsorbent bed through a flow distributor disposed between the adsorbent bed and the plurality of feed poppet valves; And / or linearly moving together with the supply actuating mechanism at least one supply valve stem to provide a supply opening between the supply disc element connected to the at least one supply valve stem and the supply sheet fixed to the housing of the adsorbent bed unit, . The process may also include a circulation duration that separates one or more contaminants from the gas feed stream for a period of greater than 1 second but less than 90 seconds to form a product stream; Providing a gas feed stream that is greater than 1% by volume of the hydrocarbon-containing stream based on the total volume of the feed stream; And / or maintaining a feed pressure in the range of 400 psia (pounds per square inch absolute) to 1,400 psia during the adsorption step.

시스템 및/또는 흡착제 베드 유닛을 제조하기 위해, 다양한 제조 기술이 사용될 수 있다. 예를 들어, 순환 스윙 흡착제 베드 유닛의 제조 방법은, 내부 영역을 갖는 하우징을 형성하는 단계로서, 상기 하우징이 본체 부분, 제 1 헤드 및 제 2 헤드를 포함하는 상기 하우징을 형성하는 단계; 상기 하우징의 내부 영역 내에 흡착제 베드를 배치하는 단계; 상기 제 1 헤드에 복수의 제 1 밸브들을 고정시키는 단계; 제 2 헤드 근처의 단부에서 하우징에 제 2 복수의 밸브를 고정시키는 단계로서, 상기 제 2 헤드는 임의의 밸브를 구비하지 않는, 상기 하우징에 제 2 복수의 밸브를 고정시키는 단계를 포함할 수 있고, 상기 복수의 제 1 및 제 2 밸브들 각각은 상기 하우징 외부의 위치로부터 상기 흡착제 베드로 연장되는 유동 경로를 따라 유체 유동을 제어하도록 구성되며, 상기 복수의 제 1 밸브들 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 흡착제 베드의 계면 단면 영역 내에 배치된 밸브 단면 영역을 가지며, 복수의 제 2 밸브들 각각은 흡착제 베드의 계면 단면 영역 및/또는 제 2 헤드의 단면 영역 외부에 배치된 밸브 단면 영역을 갖는다. To make the system and / or the adsorbent bed unit, a variety of manufacturing techniques may be used. For example, a method of making a circulating swing adsorbent bed unit may include the steps of forming a housing having an interior region, the housing forming the housing including a body portion, a first head and a second head; Disposing an adsorbent bed in an interior region of the housing; Fixing a plurality of first valves to the first head; Securing a second plurality of valves to the housing at an end near the second head, the second head comprising securing the second plurality of valves to the housing without any valves Wherein each of the plurality of first and second valves is configured to control fluid flow along a flow path extending from a location external to the adsorbent bed to at least one of the plurality of first valves, Sectional area of the adsorbent bed, each of the plurality of second valves having a valve cross-sectional area disposed outside the cross-sectional area of the adsorbent bed and / or the cross-sectional area of the second head.

하나 이상의 실시예에서, 재료는 비흡착제 지지체 상에 지지된 흡착제 물질을 포함할 수 있다. 흡착제 물질의 비제한적인 예는 알루미나, 미세다공성 제올라이트, 탄소, 양이온 제올라이트, 고 실리카 제올라이트, 고도로 규소질된 메조포러스 재료(highly siliceous ordered mesoporous material), 졸 겔 재료, 알루미늄인 및 산소(ALPO) 재료(주로 알루미늄 인 및 산소를 함유하는 미세다공성 및 메조포러스 재료, 규소 알루미늄 인 및 산소(SAPO) 재료(규소 알루미늄 인 및 산소를 주로 함유하는 미세다공성 및 메조포러스 재료), 금속 유기 골격(MOF) 재료(금속 유기 골격으로 구성된 미세다공성 및 메조포러스 재료) 및 제올라이트 이미 다졸 레이트 골격(ZIF) 재료(제올라이트 이미다졸레이트 골격으로 구성된 미세다공성 및 메조포러스 재료)를 포함할 수 있다. 다른 재료에는 작용기로 작용화된 미세다공성 및 메조포러스 솔벤트가 포함된다. CO2 제거에 사용될 수 있는 작용기의 예로는 1 급, 2 급, 3 급 및 기타 비양자 염기성 기(non protogenic basic group), 예컨대 아미딘, 구아니딘 및 비구아니드가 포함될 수 있다. In one or more embodiments, the material may comprise an adsorbent material supported on a non-adsorbent support. Non-limiting examples of adsorbent materials include alumina, microporous zeolites, carbon, cationic zeolites, high silica zeolites, highly siliceous ordered mesoporous materials, sol gel materials, aluminum phosphorus and oxygen (ALPO) materials (Microporous and mesoporous materials mainly containing aluminum phosphorus and oxygen, silicon aluminum phosphorus and oxygen (SAPO) materials (microporous and mesoporous materials mainly containing silicon aluminum phosphorus and oxygen), metal organic framework (MOF) materials (Microporous and mesoporous materials consisting of metal-organic frameworks) and zeolite imidazolate skeleton (ZIF) materials (microporous and mesoporous materials composed of zeolite imidazolate skeletons). qualified include microporous and mesoporous solvent. can be used for CO 2 removal Examples of functional groups may be included primary, secondary, tertiary, and other non-proton basic groups (non protogenic basic group), for example, amidine, guanidine, and the non-No Degas.

하나 이상의 실시예에서, 흡착제 베드 유닛은 공급물 스트림으로부터 오염물을 분리하는데 사용될 수 있다. 상기 방법은 하나 이상의 오염물을 상기 가스 공급물 스트림으로부터 분리하여 생성물 스트림을 형성하기 위해 흡착제 접촉기를 갖는 흡착제 베드 유닛을 통해 공급 압력에서 가스 공급물 스트림을 통과시키는 단계; 가스 공급물 유동의 유동을 차단하는 단계; 상기 흡착제 베드 유닛 내의 압력을 감소시키는 감압 단계를 수행하는 단계; 상기 흡착제 베드 유닛 내의 압력을 감소시키는 퍼지 단계를 수행하는 단계; 상기 흡착제 베드 유닛 내의 압력을 증가시키는 재가압 단계를 수행하는 단계; 및 a) 내지 e) 단계를 적어도 하나의 추가 순환 동안 반복하는 단계를 포함한다. In one or more embodiments, the adsorbent bed unit may be used to separate contaminants from the feed stream. The method comprising passing a gas feed stream at a feed pressure through an adsorbent bed unit having an adsorbent contactor to separate one or more contaminants from the gas feed stream to form a product stream; Blocking the flow of the gas feed stream; Performing a depressurization step of reducing a pressure in the adsorbent bed unit; Performing a purge step to reduce the pressure in the adsorbent bed unit; Performing a repressurization step to increase the pressure in the adsorbent bed unit; And repeating steps a) through e) for at least one additional cycle.

또한, 하나 이상의 실시예에서, 흡착제 베드 유닛은 가스 혼합물로부터 타겟 가스의 분리를 위해 사용될 수 있는 흡착제 베드를 포함할 수 있다. 흡착제는 일반적으로 비흡착제 지지체 또는 접촉기에 지지된 흡착제 물질로 구성된다. 이러한 접촉기는 실질적으로 평행한 유동 채널을 포함하며, 여기서 유동 채널을 제외한 접촉기의 개방 공극 용적의 20 용적 %, 바람직하게는 15 용적 % 이하가 약 20 옹스트롬보다 큰 공극 내에 있다. 안정된 상태에서 공급물 스트림이 접촉기로 들어가는 지점 또는 장소와 생성물 스트림이 접촉기를 빠져 나가는 지점 또는 장소 사이에 압력차가 인가되면, 유동 채널은 가스가 흐르는 접촉기의 부분으로 간주된다. 접촉기에서, 흡착제는 유동 채널의 벽 내에 통합된다. Further, in at least one embodiment, the adsorbent bed unit may comprise an adsorbent bed that may be used for separation of the target gas from the gas mixture. The sorbent generally consists of a sorbent material supported on a non-sorbent support or contactor. Such a contactor comprises a substantially parallel flow channel, wherein 20 vol%, preferably less than 15 vol%, of the open pore volume of the contactor except the flow channel is within a pore size greater than about 20 angstroms. When a pressure difference is applied between the point or place where the feed stream enters the contactor in a stable state and the point or place where the product stream exits the contactor, the flow channel is considered to be part of the contactor through which the gas flows. At the contactor, the adsorbent is incorporated in the wall of the flow channel.

또 다른 실시예에서, 가스 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하기 위한 순환 스윙 흡착제 베드 유닛이 기술된다. 흡착제 베드 유닛은: 내부 영역을 형성하는 하우징; 상기 내부 영역 내에 배치된 흡착제 베드; 및 상기 하우징에 고정된 복수의 밸브를 포함하며, 상기 복수의 밸브 각각은 도관을 통해 상기 하우징 외부의 위치로부터 상기 흡착제 베드로 연장된는 유동 경로를 따라 유체 유동을 제어하도록 구성되며, 상기 헤드들 중 하나는 헤드의 주변부 또는 헤드의 단면 내에 배치된 어떠한 밸브도 갖지 않는다. In yet another embodiment, a circulating swing adsorbent bed unit for removing contaminants from a gas feed stream is described. The adsorbent bed unit comprises: a housing defining an interior region; An adsorbent bed disposed within the interior region; And a plurality of valves fixed to the housing, wherein each of the plurality of valves is configured to control fluid flow along a flow path extending from a location external to the adsorbent bed through a conduit to the adsorbent bed, Does not have any valve disposed in the periphery of the head or in the cross section of the head.

또한, 흡착제 베드 유닛은 능동 제어식 포핏 밸브 및 수동 제어식 밸브를 포함할 수 있다. 능동 제어식 포핏 밸브 조립체로 지칭될 수 있는 능동 제어식 포핏 밸브 각각은 헤드 내에 착석 가능한 디스크 요소에 고정된 스템 요소 또는 헤드 내에 삽입된 개별 밸브 시트 내에 착석 가능한 디스크 요소를 포함할 수 있다. 스템 요소는 각각의 밸브가 각각의 스템 요소에 선형 이동을 부여하도록 구성된 전자 유압식 또는 전기-공압식 작동 기구과 같은 작동 기구에 연결될 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 작동 기구는 단일 밸브를 작동시키기 위해 공정의 상이한 단계에 대해 독립적으로 작동될 수 있거나 또는 단일 작동 기구가 2 개 이상의 밸브를 제어하도록 사용될 수 있다. 일 예로서, 능동 제어식 포핏 밸브를 개방시키는 것은 적어도 하나의 밸브 스템에 결합된 디스크 요소와 흡착제 베드 유닛의 하우징에 고정된 시트 사이에 개방부를 제공하기 위해 적어도 하나의 밸브 스템을 작동 기구와 함께 선형 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 능동 제어식 포핏 밸브를 개방시키는 것은 개방부를 제공하기 위해 밸브 스템에 고정된 리프트 플레이트를 작동 기구에 의해 선형으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있으며, 밸브 스템 각각은 디스크 요소에 고정되고 각각의 개방부는 디스크 요소와 흡착제 베드 유닛의 하우징에 고정된 관련 시트 사이에 갭 또는 유동 경로를 형성한다. In addition, the adsorbent bed unit may include an actively controlled poppet valve and a manually controlled valve. Each of the actively controlled poppet valves, which may be referred to as an actively controlled poppet valve assembly, may include a stem element secured to the seatsable disk element within the head or a seatsable disk element within a separate valve seat inserted into the head. The stem element may be connected to an actuating mechanism, such as an electrohydraulic or electro-pneumatic actuating mechanism, configured such that each valve imparts a linear movement to each stem element. As can be appreciated, the actuating mechanism can be operated independently for different steps of the process to actuate a single valve, or a single actuating mechanism can be used to control two or more valves. As an example, opening the actively controlled poppet valve may be accomplished by providing at least one valve stem in a linear form with the actuating mechanism to provide an opening between the disk element coupled to the at least one valve stem and the seat fixed to the housing of the adsorbent bed unit. And < / RTI > As another example, opening the actively controlled poppet valve may include linearly moving a lift plate fixed to the valve stem by an operating mechanism to provide an opening, each of the valve stems being secured to the disk element Defines a gap or flow path between the disk element and the associated sheet secured to the housing of the adsorbent bed unit.

수동 제어식 밸브는 수동 제어식 포핏 밸브, 수동 제어식 체크 밸브, 수동 제어식 리드 밸브 및 기타 적절한 수동 제어식 밸브를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수동 제어식 포핏 밸브 조립체로 지칭될 수 있는 수동 제어식 포핏 밸브는 각각 헤드 내에 착석 가능한 디스크 요소 또는 헤드 내에 삽입된 개별 밸브 시트 내에 착석 가능한 디스크 요소에 고정된 스템 요소를 포함할 수 있다. 스템 요소는 각각의 밸브가 각각의 스템 요소에 선형 이동을 부여하게 하도록 구성된 스프링 또는 다른 편향 기구과 같은 편향 기구에 연결될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 편향 기구는 공정의 상이한 단계에 대해 독립적으로 작동될 수 있고 단일 밸브 또는 2 개 이상의 밸브를 작동시키기 위해 압력 차에 기초하여 작동될 수 있다. 수동 제어식 포핏 밸브의 한 구성은 스프링 로딩된 수동 제어식 포핏 밸브를 포함할 수 있다. 이러한 스프링-로딩된 구성에서, 디스크 요소는 중공의 스템 요소 내에 적어도 부분적으로 배치된 스프링을 갖는 중공의 스템 요소와 일체인 구성요소일 수 있다. 예를 들어, 수동 제어식 포핏 밸브의 개방은 적어도 하나의 생성물 밸브 스템에 결합된 생성물 디스크 요소와 흡착제 베드 유닛의 하우징에 고정된 생성물 시트 사이에 생성물 개방을 제공하기 위해 생성물 편향 기구로 적어도 하나의 생성물 밸브 스템을 선형으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 생성물 편향 기구는 특정 임계치를 초과하는 내부 영역과 생성물 도관 사이의 압력 차에 기초하여 선형적으로 이동하도록 구성될 수 있다. 다른 구성에서, 압력 차에 기초한 선형 이동은 동 위상으로 작동하는 다양한 밸브에 대해 상이할 수도 있다. 예를 들어, 동 위상으로 작동하는 수동 제어식 밸브는 25 % 미만, 20 % 미만 또는 10 % 미만의 범위 또는 차동 창을 포함할 수 있다(예: 차동 창은 최고 압력 차동에서 최저 차압을 뺀 값으로 계산될 수 있고 그 차는 최대 차압으로 나누어짐). 또 다른 예로서, 수동 제어식 밸브는 일 단부에 고정되고 수동 제어된 유동 영역을 개방하도록 구부러지는 금속 또는 복합 재료의 가요성 스트립으로 이루어진 리드 밸브로서 구성될 수 있다. 수동 제어식 리드 밸브는 주어진 풋 프린트에서 주어진 차압에서 더 많은 유동을 제공하기 위해 사용될 수 있다. The manually controlled valve may include a manually controlled poppet valve, a manually controlled check valve, a manually controlled reed valve, and other suitable manually controlled valves. For example, a manually controlled poppet valve, which may be referred to as a manually controlled poppet valve assembly, may include a disk element seated within the head, respectively, or a stem element secured to a seatsable disk element within an individual valve seat inserted within the head. The stem element may be connected to a biasing mechanism, such as a spring or other biasing mechanism, configured to cause each valve to impart linear movement to each stem element. As can be appreciated, the biasing mechanism can be operated independently for different steps of the process and can be operated based on a pressure differential to operate a single valve or two or more valves. One configuration of a manually controlled poppet valve may include a spring loaded manually controlled poppet valve. In such a spring-loaded configuration, the disk element may be a component integral with a hollow stem element having a spring at least partially disposed within the hollow stem element. For example, opening of a manually controlled poppet valve may be achieved by providing at least one product as a product biasing mechanism to provide product opening between the product disc element coupled to the at least one product valve stem and the product sheet secured to the housing of the adsorbent bed unit And moving the valve stem linearly. The product deflection mechanism may be configured to move linearly based on the pressure difference between the interior region and the product conduit exceeding a certain threshold. In other configurations, the linear movement based on the pressure differential may be different for various valves operating in phase. For example, manually controlled valves operating in phase may include less than 25%, less than 20%, or less than 10% of the range or differential window (eg, the differential window subtracts the lowest differential pressure from the highest pressure differential) And the car is divided by the maximum differential pressure). As another example, the manually controlled valve can be configured as a reed valve consisting of a flexible strip of metal or composite material that is fixed at one end and bent to open a manually controlled flow region. Manually controlled reed valves can be used to provide more flow at a given differential pressure at a given footprint.

하나 이상의 실시예에서, 본 기술에서의 고속 순환 스윙 흡착 공정은 고속 순환 온도 스윙 흡착(RCTSA) 및 압력 스윙 흡착(PSA)이다. RCTSA의 경우, 총 순환 시간은 통상적으로 600초 미만, 바람직하게는 200초 미만, 보다 바람직하게는 100초 미만, 더욱 더 바람직하게는 60초 미만이다. In at least one embodiment, the high velocity circulation swing adsorption process in the art is a high velocity circulation temperature swing adsorption (RCTSA) and pressure swing adsorption (PSA). For RCTSA, the total circulation time is typically less than 600 seconds, preferably less than 200 seconds, more preferably less than 100 seconds, even more preferably less than 60 seconds.

개시된 발명의 원리가 적용될 수 있는 많은 가능한 실시예를 고려할 때, 예시적인 실시예는 본 발명의 바람직한 예일 뿐이며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 것을 인식해야 한다. It should be appreciated that, given many possible embodiments to which the principles of the disclosed invention may be applied, the exemplary embodiments are only preferred examples of the present invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention.

Claims (22)

가스 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하기 위한 순환 스윙 흡착제 베드 유닛으로서,
내부 영역을 형성하는 하우징으로서, 제 1 헤드와 제 2 헤드 사이에 고정된 본체 부분을 포함하는, 상기 하우징;
상기 내부 영역 내에 배치된 흡착제 베드; 및
상기 하우징에 고정된 복수의 제 1 밸브들로서, 상기 복수의 제 1 밸브들 각각은 상기 하우징 외부의 위치로부터 도관을 통해 그리고 상기 흡착제 베드로 연장되는 유동 경로를 따라 유체 유동을 제어하도록 구성되며, 상기 복수의 제 1 밸브들 각각은 상기 흡착제 베드의 계면 단면 영역 외부에 배치된 밸브 단면 영역을 갖는, 상기 복수의 제 1 밸브들을 포함하는, 순환 스윙 흡착제 베드 유닛.A circulating swing adsorbent bed unit for removing contaminants from a gas feed stream,
A housing defining an interior region, the housing including a body portion secured between a first head and a second head;
An adsorbent bed disposed within the interior region; And
Wherein each of the plurality of first valves is configured to control fluid flow along a flow path extending from a location external to the housing and through the conduit to the adsorbent bed, Each of the first valves of the adsorbent bed having a valve cross-sectional area disposed outside the interface cross-sectional area of the adsorbent bed. 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 헤드에 고정된 복수의 제 2 밸브들을 추가로 포함하고, 상기 복수의 제 2 밸브들 각각은 상기 하우징 외부의 위치로부터 도관을 통해 그리고 상기 흡착제 베드로 연장되는 유동 경로를 따라 유체 유동을 제어하도록 구성되며, 상기 복수의 제 2 밸브들 각각은 상기 흡착제 베드의 계면 단면 영역 내에 적어도 부분적으로 배치된 밸브 단면 영역을 갖는, 순환 스윙 흡착제 베드 유닛.The method according to claim 1,
Further comprising a plurality of second valves fixed to the second head, each of the plurality of second valves controlling fluid flow along a flow path extending from a location external to the housing to the adsorbent bed and through the conduit Wherein each of the plurality of second valves has a valve cross-sectional area that is at least partially disposed within the interface cross-sectional area of the adsorbent bed. 제 2 항에 있어서,
박편 포일을 상기 흡착제 베드 유닛의 내부 영역으로 통과시키도록 구성된 유지보수 포트를 포함하는 캐치 기구를 추가로 포함하고, 상기 캐치 기구는 상기 복수의 제 2 밸브들 중 하나로부터 박편을 편향시키도록 구성되는, 순환 스윙 흡착제 베드 유닛.3. The method of claim 2,
Further comprising a catch mechanism including a maintenance port configured to pass the foil foil to an interior region of the adsorbent bed unit, the catch mechanism being configured to deflect the foil from one of the plurality of second valves , A circulating swing adsorbent bed unit. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡착제 베드 유닛은 상기 흡착제 베드와 상기 복수의 제 1 밸브들 사이에 배치된 유동 분배기를 추가로 포함하는, 순환 스윙 흡착제 베드 유닛.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the adsorbent bed unit further comprises a flow distributor disposed between the adsorbent bed and the plurality of first valves. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징은 5 psia(pounds per square inch absolute) 내지 1,400 psia의 압력을 유지하도록 구성되는, 순환 스윙 흡착제 베드 유닛.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the housing is configured to maintain a pressure of between 5 psia (pounds per square inch absolute) and 1,400 psia. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 밸브들은 각각 능동 제어식 밸브인, 순환 스윙 흡착제 베드 유닛.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the plurality of first valves are each an active controlled valve. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 밸브들은 매니폴드 파이프들의 배향으로 배치되는 복수의 매니폴드들 중 하나와 각각 유체 교통하는, 순환 스윙 흡착제 베드 유닛.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the plurality of first valves are each in fluid communication with one of a plurality of manifolds disposed in the orientation of the manifold pipes. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡착제 베드와 상기 하우징 사이에 배치되고 상기 하우징과 상기 흡착제 베드 사이의 유체 유동을 방해하도록 구성된 우회 밀봉부를 추가로 포함하는, 순환 스윙 흡착제 베드 유닛.8. The method according to any one of claims 1 to 7,
Further comprising a bypass seal disposed between the adsorbent bed and the housing and configured to impede fluid flow between the housing and the bed of adsorbent. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡착제 베드와 상기 하우징 사이에 배치되고 상기 흡착제 베드 유닛 내에서 상기 흡착제 베드를 정렬시키도록 구성된 열 팽창 링을 추가로 포함하는, 순환 스윙 흡착제 베드 유닛.9. The method according to any one of claims 1 to 8,
Further comprising a thermal expansion ring disposed between the adsorbent bed and the housing and configured to align the adsorbent bed within the adsorbent bed unit. 제 9 항에 있어서,
상기 열 팽창 링은 상기 흡착제 베드에 용접되는, 순환 스윙 흡착제 베드 유닛.10. The method of claim 9,
Wherein the thermal expansion ring is welded to the bed of adsorbent. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 헤드 내에 배치되고 유체 유동을 상기 도관으로부터 상기 흡착제 베드로 분배하도록 구성된 유동 베인을 추가로 포함하는, 순환 스윙 흡착제 베드 유닛.11. The method according to any one of claims 1 to 10,
Further comprising a flow vane disposed within the first head and configured to dispense fluid flow from the conduit to the adsorbent bed. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도관은 상기 도관을 통해 근접 플러그 유동 체제를 유지하기 위해 상기 도관을 통해 상기 유동을 안내하는 하나 이상의 구조 요소를 포함하는, 순환 스윙 흡착제 베드 유닛.11. The method according to any one of claims 1 to 10,
Wherein the conduit comprises at least one structural element for guiding the flow through the conduit to maintain a close plug flow regime through the conduit. 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하는 공정으로서,
a) 흡착제 베드 유닛에서 하나 이상의 흡착 단계를 수행하는 단계로서, 상기 하나 이상의 흡착 단계 각각은: (i) 가스 공급물 스트림을 공급물 입구 도관으로부터 흡착제 베드 유닛의 하우징의 내부 영역에 배치된 흡착제 베드로 통과시키기 위해 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브를 개방시키는 단계로서, 상기 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브는 상기 공급물 입구 도관과 직접 유동 교통하고 상기 하우징 외부의 위치로부터 상기 공급물 입구 도관을 통해 그리고 상기 흡착제 베드로 연장되는 유동 경로를 따라 유체 유동을 제어하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브는 상기 흡착제 베드의 계면 단면 영역의 외부에 배치된 제 1 밸브 단면 영역을 갖는, 상기 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브를 개방시키는 단계, (ⅱ) 하나 이상의 오염물을 상기 가스 공급물 스트림으로부터 분리시켜 생성물 스트림을 형성하기 위해서 상기 가스 공급물 스트림을 상기 흡착제 베드에 노출시키는 단계, 및 (iii) 상기 하우징 내의 내부 영역으로부터 생성물 도관으로 상기 생성물 스트림을 멀리 안내하기 위해 하나 이상의 생성물 포핏 밸브를 개방시키는 단계를 포함하는, 상기 흡착제 베드 유닛에서 하나 이상의 흡착 단계를 수행하는 단계;
b) 하나 이상의 퍼지 단계를 수행하는 단계로서, 상기 하나 이상의 퍼지 단계 각각은 퍼지 출력 스트림에서 하나 이상의 오염물의 적어도 일부를 멀리 안내하기 위해 퍼지 스트림을 상기 흡착제 베드 유닛으로 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 퍼지 출력 스트림은 적어도 하나의 제 2 포핏 밸브를 통과하고, 적어도 하나의 제 2 포핏 밸브는 상기 흡착제 베드의 계면 단면 영역 외부에 배치된 제 2 밸브 단면 영역을 갖는, 상기 하나 이상의 퍼지 단계를 수행하는 단계; 그리고
c) 순환 지속 시간이 1초 초과 600초 미만인 기간에 대해서, 적어도 하나의 추가 순환 동안 상기 단계 a) 내지 b)를 반복하는 단계를 포함하는, 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하는 공정. A process for removing contaminants from a feed stream,
a) performing at least one adsorption step in an adsorbent bed unit, wherein each of the at least one adsorption step comprises the steps of: (i) introducing a gas feed stream from the feed inlet conduit into an adsorbent bed disposed in an interior region of the housing of the adsorbent bed unit, Wherein the at least one first poppet valve is in direct fluid communication with the feed inlet conduit and is operatively connected to the at least one first poppet valve through a feed inlet conduit from a location external to the housing, Wherein the at least one first poppet valve is configured to control fluid flow along a flow path extending to an adsorbent bed, the at least one first poppet valve having a first valve cross-sectional area disposed outside the interface cross- 1) opening the poppet valve, (ii) Exposing the gas feed stream to the adsorbent bed to separate the stream from the water stream to form a product stream, and (iii) exposing the product stream to the product conduit from the interior region within the housing, Performing at least one adsorption step in the adsorbent bed unit, comprising: opening the valve;
b) performing at least one purge step, each of the at least one purge step comprising passing a purge stream to the adsorbent bed unit to guide at least a portion of one or more contaminants in the purge output stream; Wherein the purge output stream passes through at least one second poppet valve and at least one second poppet valve has a second valve cross-sectional area disposed outside the interface cross-sectional area of the adsorbent bed step; And
c) repeating said steps a) to b) for at least one additional cycle, for a period of time in which the circulation duration is less than 1 second but less than 600 seconds. 제 13 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브 및 상기 적어도 하나의 제 2 포핏 밸브는 도관을 통해 상기 흡착제 베드와 직접 유체 교통하는, 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하는 공정. 14. The method of claim 13,
Wherein the at least one first poppet valve and the at least one second poppet valve are in direct fluid communication with the adsorbent bed through a conduit, the process comprising removing contaminants from a feed stream. 제 13 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브는 제 1 도관을 통해 상기 흡착제 베드와 직접 유체 교통하고, 상기 적어도 하나의 제 2 포핏 밸브는 제 2 도관을 통해 상기 흡착제 베드와 직접 유체 교통하는, 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하는 공정.14. The method of claim 13,
Wherein the at least one first poppet valve is in direct fluid communication with the adsorbent bed via a first conduit and the at least one second poppet valve is in direct fluid communication with the adsorbent bed through a second conduit, Process to remove contaminants. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 공급물 포핏 밸브들을 개방시키는 단계는 상기 흡착제 베드와 상기 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브 사이에 배치된 유동 전환기를 통해 상기 흡착제 베드에 상기 가스 공급물 스트림을 분배하는 단계를 추가로 포함하는, 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하는 공정.16. The method according to any one of claims 13 to 15,
Wherein opening the plurality of feed poppet valves further comprises dispensing the gas feed stream to the adsorbent bed through a flow diverter disposed between the adsorbent bed and the at least one first poppet valve , And removing contaminants from the feed stream. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브를 개방시키는 단계는 상기 적어도 하나의 밸브 스템에 결합된 디스크 요소와 상기 흡착제 베드 유닛의 일부에 고정된 시트 사이에 개방부를 제공하기 위해, 적어도 하나의 밸브 스템을 제 1 작동 기구로 선형 이동시키는 단계를 추가로 포함하는, 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하는 공정.17. The method according to any one of claims 13 to 16,
Wherein opening said at least one first poppet valve comprises providing at least one valve stem to provide an opening between a disk element coupled to said at least one valve stem and a seat secured to a portion of said adsorbent bed unit, 1 < / RTI > motion of the feed stream. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 순환을 중단시키는 단계;
상기 내부 영역에 대한 개방부를 노출시키기 위해 상기 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브 및 상기 적어도 하나의 제 2 포핏 밸브 근처의 상기 흡착제 베드 유닛으로부터 헤드를 제거하는 단계; 및
상기 내부 영역으로부터 상기 흡착제 베드를 제거하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브 및 상기 적어도 하나의 제 2 포핏 밸브는 상기 흡착제 베드 유닛에 결합되는, 상기 내부 영역으로부터 상기 흡착제 베드를 제거하는 단계를 추가로 포함하고, 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하는 공정.18. The method according to any one of claims 13 to 17,
Stopping the circulation;
Removing the head from the adsorbent bed unit near the at least one first poppet valve and the at least one second poppet valve to expose an opening to the interior region; And
Removing the adsorbent bed from the inner region, wherein the at least one first poppet valve and the at least one second poppet valve are coupled to the adsorbent bed unit, Further comprising removing contaminants from the feed stream. 제 18 항에 있어서,
제 2 흡착제 베드를 상기 내부 영역에 배치하는 단계;
상기 헤드를 상기 흡착제 베드 유닛에 고정시키는 단계; 및
상기 공정에 대한 순환을 재개하는 단계를 추가로 포함하는, 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하는 공정.19. The method of claim 18,
Disposing a second adsorbent bed in the interior region;
Fixing the head to the adsorbent bed unit; And
Further comprising the step of resuming the circulation for the process. 제 18 항에 있어서,
열 팽창 링으로 상기 내부 영역 내의 상기 흡착제 베드 유닛을 안내하는 단계를 추가로 포함하는, 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하는 공정.19. The method of claim 18,
Further comprising the step of directing the adsorbent bed unit within the interior region with a thermal expansion ring. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 헤드를 제거하기 전에 박편 포일을 포트 내에 삽입하는 단계를 추가로 포함하는, 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하는 공정.21. The method according to any one of claims 18 to 20,
Further comprising inserting a foil foil into the port prior to removing the head. 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 영역으로부터 상기 흡착제 베드를 제거하는 단계는 상기 적어도 하나의 제 1 포핏 밸브, 상기 적어도 하나의 제 2 포핏 밸브 또는 상기 흡착제 베드 유닛으로부터의 임의의 관련 도관들 중 하나 이상 중 임의의 것을 제거하는 단계를 포함하지 않는, 공급물 스트림으로부터 오염물들을 제거하는 공정. 22. The method according to any one of claims 18 to 21,
Wherein removing the adsorbent bed from the inner region removes any of at least one of the at least one first poppet valve, the at least one second poppet valve, or any associated conduits from the adsorbent bed unit The process of removing contaminants from a feed stream that does not include steps.
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